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石墨烯往事(五)有趣的自组装——“烯网恢恢,疏而不漏”(2)

已有 4516 次阅读 2015-3-30 07:54 |个人分类:讲故事|系统分类:科研笔记|关键词:石墨烯,往事,,自组装| 往事, 石墨烯, 自组装

通常大家提到石墨烯的时候都会说石墨烯具有非常巨大的比表面积2630m2/g,当然实际情况是石墨烯不可能悬浮在空中,发挥出全部的比表面积。但如果是在溶液里的话,尤其是氧化石墨烯这种易溶于水的状态下,那么在溶液中它确实可以发挥100%的比表面优势。下面的故事是三维石墨烯自组装的延续,我主要还是从研究发现过程的支线来给大家讲述。

在上一章研究化学还原自组装制备三维石墨烯的过程中,我也尝试了三维石墨烯复合材料的制备;当时就是一个简单的思路,没有什么高大上的设计理念。实验结果令我印象深刻:纳米颗粒与GO的溶液在还原后一同收缩成石墨烯凝胶,而剩余的溶液变得澄清了,也就是说基本上所有的纳米颗粒都在GO还原过程中被捕集了。看到这个景象之后,我脑子里灵光一闪几个字“一网打尽!”仔细再一琢磨,觉得又不一样,因为这是由成千上万的石墨烯网一起参与捕集的。

通常我们见到的网状结构包括由一维线单元构成的二维结构,以及由一维线单元构成的三维网结构,而氧化石墨烯片本身便可以被看成是二维单元,由他们自组装形成的凝胶便构成了一类新的三维网络结构,这个过程就像我脑子里的情景千万张网一同捕捉纳米颗粒,正所谓“烯网恢恢,疏而不漏”。于是便构思了一张撒氧化石墨烯网捕纳米颗粒的示意图(感谢好友Huang Yuxi的PS技术),也就是后来发表在AM上的那张示意图。所以里面包含了我对于石墨烯三维网络结构的理解。

应该说这种方法在制备水溶性石墨烯纳米复合材料方面还是有很大的适用范围。通常我们都认为是因为石墨烯上有官能团和纳米颗粒相互吸引所以能够进行捕集的,也就是说纳米颗粒是被固定在了氧化石墨烯片上。准确的说,在冷冻干燥之后,纳米颗粒都是被固定在石墨烯片上了,但在水凝胶状态时,并不是所有的颗粒都是固定死的。事实上,在做完水凝胶后,我通常会把胶体放在清水中浸泡,结果发现有部分纳米颗粒是可以扩散出来的,也就是说胶体里面可能存在着类似“灌汤包”的结构。因此,实际上这个自组装的过程更像是一个打包的过程,我尝试往溶液里加入染料,结果绝大多数都可以被收集到最后的凝胶体当中,而这个数值比简单的吸附要大得多。

当然,很幸运的是我们当时与陈春华老师合作,Li Sirong帮助完成了电池性能的测试,结果还是相当漂亮的。

本来这项工作在设计之初我们不抱什么大的希望,觉得发到JMC上差不多了。但是后来导师在看到了撒氧化石墨烯片捕鱼的示意图后,临时改变了主意;觉得可以尝试下投稿给《Advanced Materials》看看,最后幸运的入了编辑的法眼。所以有时候一张图可以起到画龙点睛的效果,遗憾的是,我们的绝大多数工作中都没有漂亮的图片设计加工。

     这里要加一段AM主编的话,对于想投稿给AM的小伙伴可以参考一下。“nowadays there are manyreports on the synthesis of novel nanostructures of a range of materials usinga variety of techniques. Therefore, what we additionally look for is aninteresting property or a unique understanding of the behavior of these materials.”这是我在科大陈春华老师的《材料合成化学》课堂上收获的,这门课对做材料的同学来说还是相当实用的,不是科大校内的同学可以在科大的网上公开课里找找看。
   这篇文章的审稿过程中,审稿人提到了石墨烯气凝胶比表面的问题,因为比理论值小很多嘛,很多同行可能也有过同样的疑问。说实话,我一直觉得BET测定的比表面积和石墨烯的几何表面积是两码事情,BET更多反映的是小孔吸附的情况,这是跟结构中心丁延伟老师学习到的。比如说一片呈悬浮状态的石墨烯,如果用吸附法来测定的话,就一定会是2630m2/g吗?当时大牛Ruoff正好来科大做报告讲《Science》上那篇比表面积超高的活化石墨烯的工作。我于是借机问了下这个问题,他当时也觉得BET面积和实际表面积不是一个概念,比如说用氮气和CO2两种气体来做测试,结果差别就很大。可见,不能把BET测试的比表面积跟几何比表面积混淆。

(未完待续......)




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2 郭向云 zhoutong

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