石墨烯材料在环境污染物吸附去除方面的应用综述(2)

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石墨烯分子结构示意图

1 制备方法

石墨烯作为当今世界上最昂贵的材料之一，随着制备方法的发展，设备的规模化，现在已经可以实现量产了[7]。一般来讲，石墨烯可以通过机械剥离、化学气相沉积、外延晶体生长（加热 SiC）、淬火、及氧化-还原五种方法来制备。

1.1 机械剥离法

机械剥离法是一种石墨烯制备的最常见方法，采用该方法进行制备的工程中，首先通过机械手段从石墨中剥离得到石墨片；继而在石墨片的两面都贴上一种特殊的胶带；最后再把位于石墨片两边的胶带撕下，从而使得石墨片变薄；在这种不断重复的机械力剥离作用下，石墨片将会变得越来越薄，最后得到只有一张由碳原子所组成的石墨烯，其尺寸范围约为d ≥3 nm，约100 μm长，肉眼可以清晰看见。虽然此方法可以制备得到质量等级相对很高的石墨烯，但因为这种办法生产造价太高，难以实现工业化生产，所以目前机械剥离法的应用还只是停留在实验室小规模制备阶段。

1.2 化学气相沉积法

化学气相沉积法是近年来发展起来的新兴手段，并且已基本成为现阶段制备高质量水平石墨烯的主要方法[8]。本方法首先需要用碳水化合物做为碳源，将此碳源经过高温气化为碳原子，然后碳原子在基体表面合成生长成石墨烯。麻省理工学院、韩国成均馆大学等单位以CH4、C2H4等碳含量高的气体为碳源，Ni为基片，并使用H2作为还原性气体，通入一个半封闭的炉内[9]（如图2所示），以此制备出来的石墨烯,源^自#优尔^文~论`文{网[www.youerw.com。此法的优点是可以一次性制备得到尺寸较大的性能很好石墨烯，并有可能实现规模化量产，但制备出来的石墨烯如何转移是一个难题，且生长出来的一般都是多晶。

化学气相沉积法设备

1.3 外延晶体生长（加热 SiC）法

外延晶体生长法也可以称为SiC表面外延生长法，因为在制备石墨烯的过程中这种方法是通过加热单晶SiC并脱除Si来实现的。具体过程是：将由氧气或氢气刻蚀得到的材料置于高真空状态下，经电子轰击加热除去氧化物。Li等通过此法制备得到了多层石墨烯[10]。此法的优点是可以得到性能优异的较大尺寸石墨烯，但该方法的原料及设备成本均比较高，制备过程中的温度也很高（1400 ℃），通常的设备难以达到论文网，而且对太大尺寸的石墨烯来说，该方法也具有一定的局限性。

1.4 淬火法

淬火法又称高温淬火法，制备原材料是高定向裂解石墨（HOPG），先将高定向裂解石墨高温处理，然后快速冷却，在这一过程中，HOPG会产生一个内外温度差的应力，从而造成其表面的裂痕和脱落，然后单层或少层石墨烯片从表面剥落。Somani等以HOPG为原料[11]，首先将其加热至1000 ℃，继而迅速地倒入质量分数为1.0 % 的碳酸氢铵水溶液中，进行淬火处理，冷却到室温后析出石墨烯片；该方法的成本低、所得尺寸较大、纯度和结晶度都比较好。Fujita等[12]使用层间插层有无机离子的膨胀石墨做为HOPG的替代品，与HOPG相比，这种插层膨胀石墨具有价格低、层间距大、层间作用力弱，更易剥离等优点；制备方法如图3，制备过程中以氨水和肼为淬火介质，能使膨胀石墨的剥离效率提高。该法得到的石墨烯的导电性能很好，是氧化石墨还原法所得石墨烯的几十倍；另外对膨胀石墨进行反复的淬火处理，可将其转化率提高到80 %。