本報(bào)訊近日，中科院金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)炭材料研究部的科研人員提出了一種化學(xué)還原氧化石墨烯薄膜的新方法。相關(guān)工作被國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《碳》（Carbon）和《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)納米》（ACSNano）接受發(fā)表。

　　石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，由于其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異、應(yīng)用前景廣闊而備受關(guān)注。作為石墨烯的重要應(yīng)用之一，石墨烯透明導(dǎo)電膜以其資源豐富、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和柔韌性，有望取代資源缺乏、脆性的銦錫氧化物成為新一代透明導(dǎo)電膜，在柔性顯示領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

　　將氧化石墨烯還原是目前低成本、宏量制備石墨烯的一個(gè)重要途徑。氧化石墨烯是含有豐富含氧官能團(tuán)的石墨烯衍生物，可通過化學(xué)氧化剝離廉價(jià)的石墨而得，具有良好的水溶性，易于成膜。因此，先利用氧化石墨烯溶液成膜，再對(duì)氧化石墨烯薄膜進(jìn)行還原處理，可以低成本制備出大面積的柔性石墨烯透明導(dǎo)電膜。其關(guān)鍵是采用什么還原方法有效去除氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)，獲得具有高導(dǎo)電性的石墨烯及其薄膜材料。

　　據(jù)介紹，氧化石墨烯的還原方法主要有兩類：高溫?zé)崽幚砗?a href="http://www.newssweekly.com/diwen/" style="color:#a98326">低溫化學(xué)還原。高溫?zé)崽幚硗ǔＴ?000℃以上的惰性或還原氣氛中進(jìn)行，還原成本較高。低溫化學(xué)還原可在低于100℃的條件下進(jìn)行，是一種低成本還原方法；但已報(bào)道的化學(xué)還原方法中效果最好的肼類還原劑（肼、二甲基肼等）和金屬氫化物類還原劑（硼氫化鈉、氫化鋰鋁等）的還原效果仍不理想，且肼類還原劑不僅成本高，還是劇毒物質(zhì)。因此，迫切需要開發(fā)高效、低成本、無(wú)污染的低溫化學(xué)還原方法。

　　研究人員通過系統(tǒng)分析，提出了利用氫碘酸、氫溴酸等鹵化物還原氧化石墨烯的方法，實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在較低溫度下（≤100℃）的快速高效還原，所得石墨烯的碳氧比可達(dá)12以上。

　　研究還發(fā)現(xiàn)，這一方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化石墨烯粉體的大量高效還原，而且非常適合于對(duì)氧化石墨烯薄膜進(jìn)行直接還原。還原后所得石墨烯薄膜的體積電導(dǎo)率可以達(dá)到3×104S/m，明顯優(yōu)于已有化學(xué)還原方法的效果。

　　更重要的是，還原處理在去除薄膜層間含氧官能團(tuán)的同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物以液相形式從薄膜內(nèi)部析出，產(chǎn)生的毛細(xì)作用力使薄膜厚度明顯減小、結(jié)構(gòu)更加致密，提高了石墨烯片層之間的結(jié)合力，因此還原后得到的石墨烯薄膜在導(dǎo)電性、力學(xué)強(qiáng)度和柔韌性等方面有了顯著提高，解決了現(xiàn)有低溫化學(xué)還原方法破壞薄膜結(jié)構(gòu)的瓶頸問題。

　　研究人員通過氫碘酸還原由大片氧化石墨烯組裝而成的薄膜，直接制備出在84%透光率下表面電阻小于1000歐姆每方塊電阻的柔性石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，為石墨烯透明導(dǎo)電薄膜在柔性器件領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　該研究首次使用強(qiáng)酸性還原劑實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的高效還原，突破了以前氧化石墨烯還原只有在堿性環(huán)境中才能有效進(jìn)行的觀點(diǎn)。還原過程研究發(fā)現(xiàn)了鹵素的取代和自發(fā)消去行為，并提出了親核取代是氧化石墨烯還原反應(yīng)基本過程的見解，為進(jìn)一步深化對(duì)氧化石墨烯還原機(jī)理的認(rèn)識(shí)、發(fā)展新的氧化石墨烯還原技術(shù)和拓寬氧化石墨烯的應(yīng)用提供了重要參考。