溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片

引用本文: 范承伟, 张新, 陈胜, 王海芳, 曹傲能. 溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片[J]. 物理化学学报, 2012, 28(10): 2465-2470. doi: 10.3866/PKU.WHXB201209103 shu

Citation: FAN Cheng-Wei, ZHANG Xin, CHEN Sheng, WANG Hai-Fang, CAO Ao-Neng. Solution-Processable, Highly Conductive, Permanently Rippled Graphene Sheets[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(10): 2465-2470. doi: 10.3866/PKU.WHXB201209103 shu

溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片

基金项目:
国家自然科学基金(21073117) (21073117)

国家重点基础研究发展规划项目(973)(2009CB930200, 2011CB933402) (973)(2009CB930200, 2011CB933402)

上海市重点学科(S30109)资助 (S30109)

摘要:

特殊的单原子层二维sp²碳结构给石墨烯带来众多独特的性能和潜在的应用. 然而, 单层石墨烯容易聚集并会逐渐重新石墨化, 这成为其应用的一个重要障碍. 本文报道了一种新策略来解决这个问题, 即通过在石墨烯表面引入sp²碳纳米结构作为永久的波纹来阻止石墨烯的聚集和石墨化, 并使之在溶液中易于分散和稳定. 和其他功能化方法不同, 该方法没有引入杂原子, 不破坏石墨烯的结构和功能. 制得的石墨烯具有优异的导电性能(~65000 S·m^-1), 并具有较好的溶液稳定性.

关键词:

English

Solution-Processable, Highly Conductive, Permanently Rippled Graphene Sheets

1.
Institute of Nanochemistry and Nanobiology, Shanghai University, Shanghai 200444, P. R. China
Received Date: 23 July 2012
Available Online: 26 September 2012
Fund Project:
国家自然科学基金(21073117)

国家重点基础研究发展规划项目(973)(2009CB930200, 2011CB933402)

上海市重点学科(S30109)资助

Abstract:

The single atom thick sp² carbon structure of graphene gives rise to its unique properties and potential applications. However, one serious obstacle for its application is that graphene is prone to aggregate in suspension and gradually stack into graphite. Here, we report a novel approach to solve this problem. The basic idea is to introduce sp² carbon nano-islands on the graphene sheets that act as permanent ripples to prevent the stacking and graphitization of graphene and make it easy to re-suspend. Unlike most functionalization methods, this approach avoids the introduction of heteroatoms. Thus, it does not deteriorate the structure and change the properties of graphene. The carbon-rippled graphene has a remarkable electronic conductivity of ~65000 S·m^-1, and can be readily suspended in solvent.

Key words:

1. [1]
  
  (1) Mermin, N. D. Phys. Rev. 1968, 176, 250. doi: 10.1103/PhysRev.176.250
  (1) Mermin, N. D. Phys. Rev. 1968, 176, 250. doi: 10.1103/PhysRev.176.250
2. [2]
  (2) Meyer, J. C.; Geim, A. K.; Katsnelson, M. I.; Novoselov, K. S.;Booth, T. J.; Roth, S. Nature 2007, 446, 60. doi: 10.1038/nature05545(2) Meyer, J. C.; Geim, A. K.; Katsnelson, M. I.; Novoselov, K. S.;Booth, T. J.; Roth, S. Nature 2007, 446, 60. doi: 10.1038/nature05545
3. [3]
  (3) Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.;Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451. doi: 10.1073/pnas.0502848102(3) Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.;Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451. doi: 10.1073/pnas.0502848102
4. [4]
  (4) Fasolino, A.; Los, J. H.; Katsnelson, M. I. Nat. Mater. 2007, 6,858. doi: 10.1038/nmat2011(4) Fasolino, A.; Los, J. H.; Katsnelson, M. I. Nat. Mater. 2007, 6,858. doi: 10.1038/nmat2011
5. [5]
  (5) Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849(5) Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849
6. [6]
  (6) Huang, X.; Yin, Z. Y.;Wu, S. X.; Qi, X. Y.; He, Q. Y.; Zhang, Q.C.; Yan, Q. Y.; Boey, F.; Zhang, H. Small 2011, 7, 1876. doi: 10.1002/smll.201002009(6) Huang, X.; Yin, Z. Y.;Wu, S. X.; Qi, X. Y.; He, Q. Y.; Zhang, Q.C.; Yan, Q. Y.; Boey, F.; Zhang, H. Small 2011, 7, 1876. doi: 10.1002/smll.201002009
7. [7]
  (7) Geim, A. K. Science 2009, 324, 1530. doi: 10.1126/science.1158877(7) Geim, A. K. Science 2009, 324, 1530. doi: 10.1126/science.1158877
8. [8]
  (8) Jiang, H. J. Small 2011, 7, 2413.(8) Jiang, H. J. Small 2011, 7, 2413.
9. [9]
  (9) Huang, X.; Qi, X. Y.; Boey, F.; Zhang, H. Chem. Soc. Rev. 2012,41, 666. doi: 10.1039/c1cs15078b(9) Huang, X.; Qi, X. Y.; Boey, F.; Zhang, H. Chem. Soc. Rev. 2012,41, 666. doi: 10.1039/c1cs15078b
10. [10]
  (10) Li, X. L.; Zhang, G. Y.; Bai, X. D.; Sun, X. M.;Wang, X. R.;Wang, E. G.; Dai, H. J. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 538. doi: 10.1038/nnano.2008.210(10) Li, X. L.; Zhang, G. Y.; Bai, X. D.; Sun, X. M.;Wang, X. R.;Wang, E. G.; Dai, H. J. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 538. doi: 10.1038/nnano.2008.210
11. [11]
  (11) Liu, Z.; Fan, C.W.; Chen, L.; Cao, A. N. J. Nanosci. Nanotech.2010, 10, 7382. doi: 10.1166/jnn.2010.2780(11) Liu, Z.; Fan, C.W.; Chen, L.; Cao, A. N. J. Nanosci. Nanotech.2010, 10, 7382. doi: 10.1166/jnn.2010.2780
12. [12]
  (12) Hernandez, Y.; Nicolosi, V.; Lotya, M.; Blighe, F.; Sun, Z.; De,S.; Mc vern, I. T.; Holland, B.; Byrne, M.; Gunko, Y.; Boland,J.; Niraj, P.; Duesberg, G.; Krishnamurti, S.; odhue, R.;Hutchison, J.; Scardaci, V.; Ferrari, A. C.; Coleman, J. N. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 563.(12) Hernandez, Y.; Nicolosi, V.; Lotya, M.; Blighe, F.; Sun, Z.; De,S.; Mc vern, I. T.; Holland, B.; Byrne, M.; Gunko, Y.; Boland,J.; Niraj, P.; Duesberg, G.; Krishnamurti, S.; odhue, R.;Hutchison, J.; Scardaci, V.; Ferrari, A. C.; Coleman, J. N. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 563.
13. [13]
  (13) Eda, G.; Fanchini, G.; Chhowalla, M. Nat. Nanotechnol. 2008,3, 270. doi: 10.1038/nnano.2008.83(13) Eda, G.; Fanchini, G.; Chhowalla, M. Nat. Nanotechnol. 2008,3, 270. doi: 10.1038/nnano.2008.83
14. [14]
  (14) Li, D.; Muller, M. B.; Gilje, S.; Kaner, R. B.;Wallace, G. G.Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 101. doi: 10.1038/nnano.2007.451(14) Li, D.; Muller, M. B.; Gilje, S.; Kaner, R. B.;Wallace, G. G.Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 101. doi: 10.1038/nnano.2007.451
15. [15]
  (15) Cao, A. N.; Liu, Z.; Chu, S. S.;Wu, M. H.; Ye, Z. M.; Cai, Z.W.; Chang, Y. L.;Wang, S. F.; ng, Q. H.; Liu, Y. F. Adv. Mater. 2010, 22, 103. doi: 10.1002/adma.v22:1(15) Cao, A. N.; Liu, Z.; Chu, S. S.;Wu, M. H.; Ye, Z. M.; Cai, Z.W.; Chang, Y. L.;Wang, S. F.; ng, Q. H.; Liu, Y. F. Adv. Mater. 2010, 22, 103. doi: 10.1002/adma.v22:1
16. [16]
  (16) Qi, X. Y.; Pu, K. Y.; Zhou, X. Z.; Li, H.; Liu, B.; Boey, F.;Huang, W.; Zhang, H. Small 2010, 6, 663. doi: 10.1002/smll.v6:5(16) Qi, X. Y.; Pu, K. Y.; Zhou, X. Z.; Li, H.; Liu, B.; Boey, F.;Huang, W.; Zhang, H. Small 2010, 6, 663. doi: 10.1002/smll.v6:5
17. [17]
  (17) Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Dommett, G. H. B.; Kohlhaas, K.M.; Zimney, E. J.; Stach, E. A.; Piner, R. D.; Nguyen, S. T.;Ruoff, R. S. Nature 2006, 442, 282. doi: 10.1038/nature04969(17) Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Dommett, G. H. B.; Kohlhaas, K.M.; Zimney, E. J.; Stach, E. A.; Piner, R. D.; Nguyen, S. T.;Ruoff, R. S. Nature 2006, 442, 282. doi: 10.1038/nature04969
18. [18]
  (18) Choucair, M.; Thordarson, P.; Stride, J. A. Nat. Nanotechnol.2009, 4, 30. doi: 10.1038/nnano.2008.365(18) Choucair, M.; Thordarson, P.; Stride, J. A. Nat. Nanotechnol.2009, 4, 30. doi: 10.1038/nnano.2008.365
19. [19]
  (19) Qi, X. Y.; Pu, K. Y.; Li, H.; Zhou, X. Z.;Wu, S.; Fan, Q. L.; Liu,B.; Boey, F.; Huang,W.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Edit.2010, 49, 9426. doi: 10.1002/anie.201004497(19) Qi, X. Y.; Pu, K. Y.; Li, H.; Zhou, X. Z.;Wu, S.; Fan, Q. L.; Liu,B.; Boey, F.; Huang,W.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Edit.2010, 49, 9426. doi: 10.1002/anie.201004497
20. [20]
  (20) Feng, X.; Hu, G.; Hu, J. Nanoscale 2011, 3, 2099. doi: 10.1039/c1nr00004g(20) Feng, X.; Hu, G.; Hu, J. Nanoscale 2011, 3, 2099. doi: 10.1039/c1nr00004g
21. [21]
  (21) Dreyer, D. R.; Park, S.; Bielawski, C.W.; Ruoff, R. S. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 228. doi: 10.1039/b917103g(21) Dreyer, D. R.; Park, S.; Bielawski, C.W.; Ruoff, R. S. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 228. doi: 10.1039/b917103g
22. [22]
  (22) Park, S.; An, J.; Jung, I.; Piner, R. D.; An, S. J.; Li, X. S.;Velamakanni, A.; Ruoff, R. S. Nano Lett. 2009, 9, 1593. doi: 10.1021/nl803798y(22) Park, S.; An, J.; Jung, I.; Piner, R. D.; An, S. J.; Li, X. S.;Velamakanni, A.; Ruoff, R. S. Nano Lett. 2009, 9, 1593. doi: 10.1021/nl803798y
23. [23]
  (23) Dikin, D. A.; Stankovich, S.; Zimney, E. J.; Piner, R. D.;Dommett, G. H. B.; Evmenenko, G.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S.Nature 2007, 448, 457. doi: 10.1038/nature06016(23) Dikin, D. A.; Stankovich, S.; Zimney, E. J.; Piner, R. D.;Dommett, G. H. B.; Evmenenko, G.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S.Nature 2007, 448, 457. doi: 10.1038/nature06016
24. [24]
  (24) Zhou, X. Z.; Huang, X.; Qi, X. Y.;Wu, S. X.; Xue, C.; Boey, F.Y. C.; Yan, Q. Y.; Chen, P.; Zhang, H. J. Phys. Chem. C 2009,113, 10842. doi: 10.1021/jp903821n(24) Zhou, X. Z.; Huang, X.; Qi, X. Y.;Wu, S. X.; Xue, C.; Boey, F.Y. C.; Yan, Q. Y.; Chen, P.; Zhang, H. J. Phys. Chem. C 2009,113, 10842. doi: 10.1021/jp903821n
25. [25]
  (25) Chang, Y. L.; Chen, S.; Cao, A. N. J. Shanghai University (Natural Science) 2010, 16 (6), 577. [常艳丽, 陈胜, 曹傲能. 上海大学学报(自然科学版), 2010, 16 (6), 577.](25) Chang, Y. L.; Chen, S.; Cao, A. N. J. Shanghai University (Natural Science) 2010, 16 (6), 577. [常艳丽, 陈胜, 曹傲能. 上海大学学报(自然科学版), 2010, 16 (6), 577.]
26. [26]
  (26) Yang, S. T.; Chen, S.; Chang, Y.; Cao, A.; Liu, Y.;Wang, H.J. Colloid Interface Sci. 2011, 359, 24. doi: 10.1016/j.jcis.2011.02.064(26) Yang, S. T.; Chen, S.; Chang, Y.; Cao, A.; Liu, Y.;Wang, H.J. Colloid Interface Sci. 2011, 359, 24. doi: 10.1016/j.jcis.2011.02.064
27. [27]
  (27) Yang, S. T.; Chang, Y.;Wang, H.; Liu, G.; Chen, S.;Wang, Y.;Liu, Y.; Cao, A. J. Colloid Interface Sci. 2010, 351, 122. doi: 10.1016/j.jcis.2010.07.042(27) Yang, S. T.; Chang, Y.;Wang, H.; Liu, G.; Chen, S.;Wang, Y.;Liu, Y.; Cao, A. J. Colloid Interface Sci. 2010, 351, 122. doi: 10.1016/j.jcis.2010.07.042
28. [28]
  (28) Chang, Y.; Yang, S. T.; Liu, J. H.; Dong, E.;Wang, Y.; Cao, A.;Liu, Y.;Wang, H. Toxicol Lett. 2011, 200, 201. doi: 10.1016/j.toxlet.2010.11.016(28) Chang, Y.; Yang, S. T.; Liu, J. H.; Dong, E.;Wang, Y.; Cao, A.;Liu, Y.;Wang, H. Toxicol Lett. 2011, 200, 201. doi: 10.1016/j.toxlet.2010.11.016
29. [29]
  (29) Hao, R.; Qian,W.; Zhang, L.; Hou, Y. Chem. Commun. 2008,6576.(29) Hao, R.; Qian,W.; Zhang, L.; Hou, Y. Chem. Commun. 2008,6576.
30. [30]
  (30) Qian,W.; Cui, X.; Hao, R.; Hou, Y.; Zhang, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3 (7), 2259. doi: 10.1021/am200479d(30) Qian,W.; Cui, X.; Hao, R.; Hou, Y.; Zhang, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3 (7), 2259. doi: 10.1021/am200479d
31. [31]
  (31) Qian,W.; Hao, R.; Hou, Y.; Tian, Y.; Shen, C.; Gao, H.; Liang,X. Nano Res. 2009, 2, 706. doi: 10.1007/s12274-009-9074-z(31) Qian,W.; Hao, R.; Hou, Y.; Tian, Y.; Shen, C.; Gao, H.; Liang,X. Nano Res. 2009, 2, 706. doi: 10.1007/s12274-009-9074-z
32. [32]
  (32) Kauzmann,W. Adv. Protein Chem. 1959, 14, 1. doi: 10.1016/S0065-3233(08)60608-7(32) Kauzmann,W. Adv. Protein Chem. 1959, 14, 1. doi: 10.1016/S0065-3233(08)60608-7
33. [33]
  (33) Dill, K. A. Biochemistry 1990, 29, 7133. doi: 10.1021/bi00483a001(33) Dill, K. A. Biochemistry 1990, 29, 7133. doi: 10.1021/bi00483a001
34. [34]
  (34) Jung, I.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Ruoff, R. S. Nano Lett.2008, 8, 4283. doi: 10.1021/nl8019938(34) Jung, I.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Ruoff, R. S. Nano Lett.2008, 8, 4283. doi: 10.1021/nl8019938
35. [35]
  (35) mez-Navarro, C.;Weitz, R. T.; Bittner, A. M.; Scolari, M.;Mews, A.; Burghard, M.; Kern, K. Nano Lett. 2007, 7, 3499.doi: 10.1021/nl072090c(35) mez-Navarro, C.;Weitz, R. T.; Bittner, A. M.; Scolari, M.;Mews, A.; Burghard, M.; Kern, K. Nano Lett. 2007, 7, 3499.doi: 10.1021/nl072090c
36. [36]
  (36) Si, Y. C.; Samulski, E. T. Nano Lett. 2008, 8, 1679. doi: 10.1021/nl080604h
  (36) Si, Y. C.; Samulski, E. T. Nano Lett. 2008, 8, 1679. doi: 10.1021/nl080604h

扫一扫看文章

计量

PDF下载量: 683
文章访问数: 2316
HTML全文浏览量: 50

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

1.
沈阳化工大学材料科学与工程学院沈阳 110142

溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片

English

Solution-Processable, Highly Conductive, Permanently Rippled Graphene Sheets

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

溶液稳定、高导电性波纹状石墨烯片

English

Solution-Processable, Highly Conductive, Permanently Rippled Graphene Sheets

CCS Chemistry：嵌段共聚物自组装成 “三明治”二维有机材料，实现纳米级压力传感功能

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南： 你的皮肤可能是一片SPMs

CCS Chemistry：工作高效不疲劳，只须让催化剂动起来

CCS Chemistry：静电组装导向聚合- 聚电解质纳米凝胶量化制备新策略

CCS Chemistry：金黄色葡萄球菌醛基脱氢酶是如何识别特异性底物的？

计量

文章相关

通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com

中国化学会秘书处

CCS Chemistry：颜徐州、鲍哲南：你的皮肤可能是一片SPMs