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题目:生物还原氧化石墨烯薄膜与高分散性石墨烯及其性能

关键词:希瓦氏菌还原,球磨法,石墨烯薄膜,高分散石墨烯

  摘要



石墨烯具有优异的电学、热学和机械性能,使其在电子元器件、能源、信息等领域具有广泛的应用前景。目前国内外科学家对石墨烯的研究取得了突破性的进展,但是石墨烯的高成本制备技术仍然制约了石墨烯产业化发展。因此开发低成本石墨烯的制备技术具有重要的意义。

本文报道了采用单室、三电极体系,通过希瓦氏菌(Shewanella)还原氧化石墨烯(GO)膜制备还原氧化石墨烯(rGO)薄膜的方法。并通过XRD、Raman等多种手段表征了GO薄膜还原前后的结构和性质,证明了Shewanella菌还原是有效制备rGO薄膜的方法。此外,以该Shewanella还原得到的rGO薄膜为工作电极,可以有效改善Shewanella菌的胞外电子转移。与空白的ITO电极相比,Shewanella 在rGO电极的阳极输出电流增大了13%,产电量增大了90%。该Shewanella还原法提供了一种温和制备rGO膜的方法,且所获得rGO膜的生物相容性好,有利于微生物的胞外电子转移。该结果对高效微生物燃料电池的电极材料的制备提供了一种简单、温和、有效的方法。

通过球磨聚二烯二甲基氯化铵(PDDA)溶液和天然鳞片石墨的混合物,一步直接制备了具有高稳定性的石墨烯(PDDA-G)水性分散液。PDDA-G水分散液中固体石墨烯的平均尺寸约为250-650 nm,层数为2-10层。而且,球磨法得到的石墨烯分散液中石墨烯的含量达到0.405 mg/mL, 其中石墨烯与PDDA的质量比为12.01。PDDA-G水分散液的ζ电位约在40-50 mV之间,显示出很强的正电性,这是形成高稳定分散的主要原因。该制备高稳定石墨烯水性分散液的方法,为大规模、低成本、高效制备性能优越的高分散石墨烯提供了一个新颖、简便、可行的途径。