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[交流]
如何低成本合成石墨烯？
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这几天，国内新能源汽车产业又开始信心膨胀了，因为，美国Tesla公司的纯电动豪华跑车在美国市场上成为宝马、奔驰汽油豪车的杀手，并因此使Tesla公司2013年第一季度首次盈利1000多万USD，成为世界上第一个盈利的新能源汽车企业。 据说，Tesla现在的电动豪车处境，就像2007年苹果刚推出的iPhone时对手机行业的血洗冲击。 电动汽车最大的瓶颈是安全、快速充放电的低成本动力电池，国内现在还是一片空白。这和有机合成有啥关系？ 高性能动力电池的核心是电极新材料创新，这个必须懂有机合成的人，才有能力完成，国内多如牛毛的电化学技术人员，99%不懂有机合成，尽管做电池很熟练，但不懂新材料合成，只能做你的副手，帮你测试组装电池。 我要提到石墨烯，是因为石墨烯是制备高性能充电电池电极的优选材料。半年前，我不看好石墨烯，3000元/kg的高价用不起，感觉是忽悠人的，只能发发paper。不过最近看法改变了。 石墨烯如果接上能聚合的烯键，就可以很容易地聚合成各种高性能导电电极导电骨架，这样就能大幅改善动力电池性能，例如 1：降低电极电阻： 改善大电流充放电能力，提高充放电速度 2：克服锰酸锂高温缺陷，锰酸锂不能深度放电，否则锰酸锂骨架会断裂，导致循环性能迅速下降。有了石墨烯导电骨架，锰酸锂断裂了也不影响充放电循环。 做过有机合成的人，再看石墨烯的合成，就是小菜一碟，简单的不能再简单了，就是强酸氧化——分散——水合肼还原，卖3000元/kg真是天价，就这几步反应，只要懂有机合成的人参与，石墨烯很快会降到100元/kg。 上述方法合成出来的石墨烯，没有功能基团，应用价值不大，只能作为炭黑一样的添加剂。如何接枝有机功能基团，才体现有机合成技术的水平，提升石墨烯产品附加值。 综合最近的文献，从有机合成的角度，石墨烯的合成原理如下： 1：要合成石墨烯，先要将石墨粉氧化为氧化石墨GO（graphite oxide）： 石墨烯就是一个超大的多环芳香烃，要氧化石墨粉，相当于苯环羟基化合成苯酚，因此现有Nature、JACS等报道方法用浓硫酸/浓硝酸/KMnO4等强氧化手段氧化石墨粉，显得水平很差，污染超级严重，按照这种污染量，石墨烯是根本无法量产的。我个人推断，根据苯氧化为苯酚的有机合成手段，各位有机合成高手应该能发展出清洁的氧化方法，这是一篇至少能上JACS的文章，也具有巨大的工业价值和个人回报。 2：接枝功能基团： 没有功能基团的石墨烯，只能作为添加剂，功能用途很有限，例如：分散加入聚氨酯中，改善导电性，成为抗静电聚氨酯。 我目前急需的是在石墨烯上接枝能聚合的烯键，以便能将像面粉一样的石墨烯聚合成各种形状的石墨烯材料，我们的目标是用于高性能动力电池，在中国也诞生一家像Tesla这样的公司。 浙大2013年4月报道了一种石墨烯碳海绵，能强烈吸收柴油，如果采用带聚合烯键的石墨烯，这种碳海绵能轻而易举的开发出来。 今天感看到一个石墨烯油墨3D打印电子设备的新闻报道： http://stock.eastmoney.com/news/1405,20130516292018756.html 通过石墨烯油墨的3D打印，来制造电子设备的电子线路。 这种技术并不难，有聚合基团的纳米级的石墨烯，做成油墨后，打印完通过加热或光照聚合成各种形状的导电聚合物。 只要石墨烯成本低廉，前途无量啊  石墨烯合成改造.JPG |
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chemindole: 金币+10, 非常精彩 2013-05-16 15:41:51
chemindole: 金币+10, 非常精彩 2013-05-16 15:41:51
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楼主应该是没合成过GO吧。首先graphene oxide和graphite oxide是不一样的，前者在后者的基础上需要透析除金属离子，超声剥离，离心分离。 graphite oxidation和把苯氧化成苯酚也是不一样的，因为graphite在水中的分散性基本上为0，这种反应必须通过更大的能量（heating or microwave）促进不同相之间反应，因而需要强氧化剂。 此外，GO合成过程中最耗时的步骤不是氧化，而是剥离和透析。通常氧化大概一个下午就做完了，透析需要3到4周，而合成10g的GO大概需要离心1-2周（耐心和体力，一个也少不了）。所以绝对不是来个学有机的分分钟就搞出来的。。 |
2楼2013-05-16 15:36:58
6楼2013-05-16 16:35:03
4楼2013-05-16 15:51:28
9楼2013-05-16 17:20:57
11楼2013-06-14 14:58:19
14楼2013-06-15 08:50:24
16楼2015-01-04 09:48:57
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17楼2015-03-11 10:20:09
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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”就这几步反应，只要懂有机合成的人参与，石墨烯很快会降到100元/kg“ —— 呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵呵 1. 生产一克氧化石墨烯需要使用多少浓酸、要产生多少费酸？浓硫酸，浓硝酸不要钱？产生的废酸回收处理不要钱？ 2.还原氧化石墨烯用的水合肼剧毒，难道不要处理？处理剧毒物质不要成本？ 3.还原得到的石墨烯很容易分离？分离的成本不高？ 确实这个方法没什么特别高的技术含量，但是。。。。。。 楼主奇才！~ |
18楼2015-06-17 17:22:35
19楼2015-06-18 14:53:13
20楼2015-06-18 16:01:26
21楼2015-11-17 11:28:02
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
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我希望大家不要盲目点赞，稍微思考，考证下真伪，看看到底这些说法靠谱吗？ps:你看看特斯拉最近几年的财报，一直在赔钱。好好做人，干点实事吧 发自小木虫Android客户端 |
22楼2015-11-17 11:31:06
23楼2015-11-21 13:31:28
