松木激光诱导石墨烯——可降解的电子产品

材料牛注：莱斯大学James Tour教授又发文！他们课题组近年来在石墨烯领域不断有所突破，自2014年制备出激光诱导石墨烯之后，又通过对木材进行激光加热，制备了可降解的石墨烯泡沫，有望减轻电子垃圾日益增加的负担。

几乎每个月，莱斯大学的James Tour教授课题组都会在石墨烯领域有一个新的突破。在过去几年中，该团队的主要研究方向包括开发用于飞机机翼的石墨烯除冰涂层，也就是一种可将放射性核素从水中过滤掉的碳材料，以及使用石墨烯纳米管来制备更好的电池。现在，该团队又通过用激光束喷射松木，成功从木材中得到了石墨烯。

石墨烯通常都是二维结构，因为一层碳原子只有一个原子厚。但是在这种结构下石墨烯并不能发挥最大的功效，所以在2014年，该团队开发出了一种通过用激光加热聚合物表面来制造3D石墨烯泡沫的方法，他们称之为激光诱导石墨烯（LIG），并在此基础上发现了它的其他用途，包括将其变成细菌“杀虫剂”。

问题是，LIG只能用一种名为聚酰亚胺的特定塑料制成。但后来研究人员发现，某些类型的木材具有与之类似的力学结构，这得归因于一种名为木质素的有机聚合物。松树细胞中具有高含量的木质素，因此其是一种特别有潜力的材料，并且是比聚酰亚胺更实际的石墨烯来源。

这项研究的主要研究员Ruquan Ye说：“对于某些应用（如三维石墨烯印刷）来说，聚酰亚胺可能不是一种理想的基材。此外，木材的来源丰富并且可再生。”

为了制造石墨烯泡沫，该团队在特定的环境（常温常压，氩气或氢气氛围）下用工业激光器对一片松木进行了加热。隔绝氧气至关重要，这使得木材可以被改性而不发生燃烧。与聚酰亚胺LIG类似，木材的表面剥落成石墨烯泡沫，而且仍然粘在基座上。

该团队发现，改变激光的强度可以改变LIG的化学成分和热性能。经过一番实验，他们发现制备最高质量石墨烯的最佳功率为70%，这种石墨烯被称为松树激光诱导的石墨烯（P-LIG）。

接着，研究人员对他们的新材料的导电性进行了测试。它们通过在P-LIG顶部沉积钴和磷或镍和铁层来制成电极，发现它是将水分解成氢和氧的有效电催化剂。而将聚苯胺沉积到P-LIG上，便制成了用于储存能量的实用超级电容器。因此，该团队认为木制电子产品可以帮助遏制电子垃圾的日益增加。

James Tour教授说：“石墨烯是天然矿物石墨的薄片，所以我们要将它送回它来时的地方，而不是装满电子零件的垃圾填埋场。” 

该研究已经发表在期刊Advanced Materials上。

原文链接：Making graphene out of wood for degradable electronics

文献链接：Laser-Induced Graphene Formation on Wood

本文由材料人编辑部黄亚编译，点我加入材料人编辑部。

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