松木激光誘導石墨烯——可降解的電子產品

材料牛注：萊斯大學James Tour教授又發文！他們課題組近年來在石墨烯領域不斷有所突破，自2014年制備出激光誘導石墨烯之后，又通過對木材進行激光加熱，制備了可降解的石墨烯泡沫，有望減輕電子垃圾日益增加的負擔。

幾乎每個月，萊斯大學的James Tour教授課題組都會在石墨烯領域有一個新的突破。在過去幾年中，該團隊的主要研究方向包括開發用于飛機機翼的石墨烯除冰涂層，也就是一種可將放射性核素從水中過濾掉的碳材料，以及使用石墨烯納米管來制備更好的電池。現在，該團隊又通過用激光束噴射松木，成功從木材中得到了石墨烯。

石墨烯通常都是二維結構，因為一層碳原子只有一個原子厚。但是在這種結構下石墨烯并不能發揮最大的功效，所以在2014年，該團隊開發出了一種通過用激光加熱聚合物表面來制造3D石墨烯泡沫的方法，他們稱之為激光誘導石墨烯（LIG），并在此基礎上發現了它的其他用途，包括將其變成細菌“殺蟲劑”。

問題是，LIG只能用一種名為聚酰亞胺的特定塑料制成。但后來研究人員發現，某些類型的木材具有與之類似的力學結構，這得歸因于一種名為木質素的有機聚合物。松樹細胞中具有高含量的木質素，因此其是一種特別有潛力的材料，并且是比聚酰亞胺更實際的石墨烯來源。

這項研究的主要研究員Ruquan Ye說：“對于某些應用（如三維石墨烯印刷）來說，聚酰亞胺可能不是一種理想的基材。此外，木材的來源豐富并且可再生。”

為了制造石墨烯泡沫，該團隊在特定的環境（常溫常壓，氬氣或氫氣氛圍）下用工業激光器對一片松木進行了加熱。隔絕氧氣至關重要，這使得木材可以被改性而不發生燃燒。與聚酰亞胺LIG類似，木材的表面剝落成石墨烯泡沫，而且仍然粘在基座上。

該團隊發現，改變激光的強度可以改變LIG的化學成分和熱性能。經過一番實驗，他們發現制備最高質量石墨烯的最佳功率為70%，這種石墨烯被稱為松樹激光誘導的石墨烯（P-LIG）。

接著，研究人員對他們的新材料的導電性進行了測試。它們通過在P-LIG頂部沉積鈷和磷或鎳和鐵層來制成電極，發現它是將水分解成氫和氧的有效電催化劑。而將聚苯胺沉積到P-LIG上，便制成了用于儲存能量的實用超級電容器。因此，該團隊認為木制電子產品可以幫助遏制電子垃圾的日益增加。

James Tour教授說：“石墨烯是天然礦物石墨的薄片，所以我們要將它送回它來時的地方，而不是裝滿電子零件的垃圾填埋場。”?

該研究已經發表在期刊Advanced Materials上。

原文鏈接：Making graphene out of wood for degradable electronics

文獻鏈接：Laser-Induced Graphene Formation on Wood

本文由材料人編輯部黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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