日前，國際頂級綜合性學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）以“Ultrahigh concentration exfoliation and aqueous dispersion of few-layer graphene by excluded volume effect”為題，發表了中北大學材料科學與工程學院孫友誼教授團隊的研究成果，一種低成本、綠色環保、高產率、高品質石墨烯宏量制備方法。這不僅為石墨烯產業發展提供低成本、高品質石墨烯提供了可能性，且為制備其他高濃度二維納米片狀材料提供了新的思路。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55131-y

高濃度的石墨烯剝落與分散示意

通常，高濃度二維納米材料的分散具有挑戰，因為它們往往隨著表面接觸增加和范德華吸引力下聚集或重新堆積。研究團隊結合膠體化學體積排斥作用和二維納米材料剝離新方法，開發了一種由二維形態學支持的排除體積效應,它可以與靜電排斥相結合,合成高濃度的水石墨烯分散體。

這是一個連續濕法制備過程，包括邊緣氧化,氣泡膨脹和機械剪切等手段，將石墨片剝落成高濃度（超過100毫克/毫升）水分散體。研究團隊表示，這歸因于二維形態學固有的強排除體積排斥效應,它與傳統的靜電排斥相結合,造成由納米體和塔克托伊體組成的阻塞石墨烯網絡,以防止它們的重新堆疊。值得一提的是，研究團隊制備的樣品放在玻璃瓶內長達550天，幾乎沒有出現團聚或沉降，分散體系非常穩定。

編譯整理 YUXI