石墨烯的綠色制備、表征及典型應(yīng)用綜合型實驗

王楠，王芹，王宏，陳芳，劉敏，朱麗華

華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，武漢 430074

“雙碳”目標(biāo)是我國基于構(gòu)建人類命運共同體的戰(zhàn)略高度做出的重大決策，是實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇?！半p碳”戰(zhàn)略既涉及能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，又涉及能源利用效率的提升與節(jié)能減碳等技術(shù)的發(fā)展。石墨烯作為21世紀(jì)戰(zhàn)略新興材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)能力和力學(xué)性能，在新能源電池、電采暖、光熱轉(zhuǎn)化、潤滑油、建筑、服裝等領(lǐng)域的“節(jié)能減碳”方面有突出表現(xiàn)，在“碳中和”相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力[1-3]。

將石墨烯的制備、表征及應(yīng)用引入實驗課堂，讓學(xué)生親身感受明星材料的制備、表征及性能測試，激發(fā)學(xué)生對科技前沿的興趣；通過引導(dǎo)學(xué)生思考如何將石墨轉(zhuǎn)化為石墨烯以及結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和科研素養(yǎng)[3-10]。目前，實驗教學(xué)涉及的石墨烯主要有兩類：氧化石墨烯(GO)[3-7]和還原態(tài)氧化石墨烯(rGO)[8-10]。其中，前者是以石墨為原料，采用傳統(tǒng)或改進(jìn)的Hummers法將其氧化剝離為GO；后者是利用還原劑或高溫退火法將GO還原為rGO。然而，上述制備過程需使用大量的強氧化劑(如KMnO4)、強酸(H2SO4、HClO4、H3PO4)和/或有毒還原劑(水合肼、硼氫化鈉)等，實驗安全風(fēng)險大，產(chǎn)生的廢棄物多、回收難，污染大。另外，制備過程耗時較長，僅GO的制備就需要8 h以上，不利于開展實驗教學(xué)。

我們開發(fā)了一種過硫酸鹽輔助機(jī)械化學(xué)法制備邊緣羥基化石墨烯(EHG)[11,12]，反應(yīng)在常溫常壓下球磨反應(yīng)2 h，再以水為分散介質(zhì)輔以超聲0.5 h，得到少層EHG (厚度為2-6 nm)的產(chǎn)率高達(dá)70%；含氧官能團(tuán)主要位于石墨烯的邊緣，面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)受破壞程度極小，產(chǎn)物兼具石墨烯本征性能佳和水中分散性好的特點；此外，制備1 g石墨烯消耗的機(jī)械能約為2200-5300 kJ，產(chǎn)生的廢棄物主要是無毒的硫酸鹽，約為13.6-34.3 g，二者均低于文獻(xiàn)值(分別為13000-16000 kJ·g-1和269 kg·kg-1)[12]，因此，該方法是一種綠色、高效的制備方法。本文將上述研究成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生參與功能化石墨烯的制備過程，通過測試石墨烯的電化學(xué)和光熱轉(zhuǎn)化性能，了解石墨烯在能量轉(zhuǎn)化與存儲等方面的應(yīng)用以及石墨烯在“節(jié)能減碳”領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

1 實驗?zāi)康?/h2>

通過文獻(xiàn)檢索，了解石墨烯在助力“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)的相關(guān)領(lǐng)域之應(yīng)用、石墨烯的制備和表征方法；掌握過硫酸鹽輔助機(jī)械化學(xué)法制備石墨烯的原理、方法及表征手段；培養(yǎng)學(xué)生靈活運用多學(xué)科知識解決實際化學(xué)問題的能力。

2 實驗原理

石墨烯層間的π-π堆疊作用和范德華力作用，導(dǎo)致其易團(tuán)聚，難以分散在水或其他常見溶劑中，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用。在石墨烯結(jié)構(gòu)中引入含氧官能團(tuán)如羥基、羧基、環(huán)氧基可提高其親水性，為進(jìn)一步剝離、功能化提供了可能。目前，常采用氧化-還原法制備水溶性石墨烯[3-10]，即先采用傳統(tǒng)或改進(jìn)的Hummers法制備GO，再利用還原劑或高溫?zé)崽幚韺O還原為rGO。但是，該法制得的石墨烯存在納米級的孔洞或結(jié)構(gòu)缺陷，面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)難以完全恢復(fù)[13]。有研究報道[14-16]，在高轉(zhuǎn)速(500 r·min-1)、長時間(12-48 h)的高能機(jī)械球磨下，石墨碳-碳鍵被破壞生成相應(yīng)的碳自由基/離子，在干冰[14]、草酸[15]、SO3[16]等磨劑作用下可生成邊緣羧基化或磺酸化石墨烯，其電導(dǎo)率高于GO，但后續(xù)仍需采用600 °C以上的高溫?zé)崽幚磉M(jìn)一步提升其導(dǎo)電性。

本實驗參考我們的專利技術(shù)和研究成果[11,12]，選擇過二硫酸鹽(PDS)為磨劑制備石墨烯。由于PDS的O―O鍵能(140 kJ·mol-1)比石墨C―C鍵能(710 kJ·mol-1)低[17,18]，在球磨能量低至6 kJ·g-1，過二硫酸鹽即可分解為硫酸根自由基是一種選擇性高、氧化能力強的活性氧自由基，可通過自發(fā)的奪電子反應(yīng)進(jìn)攻石墨碳，后續(xù)OH-加成在石墨邊緣引入羥基；在此球磨條件下，機(jī)械力主要以剪切力為主，促使石墨片層之間橫向滑動、剝離，對石墨烯面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)破壞較小。此外，PDS的分解產(chǎn)物硫酸根無毒、易溶于水，且對石墨具有插層作用。機(jī)械化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，將粗產(chǎn)物分散在水中洗去硫酸根，然后超聲0.5 h，即可制得石墨烯分散液。該方法的反應(yīng)示意圖如圖1所示。

圖1 過硫酸鹽介導(dǎo)的機(jī)械化學(xué)法制備邊緣羥基化石墨烯的示意圖[12]

采用多種儀器分析方法對石墨烯的形貌、晶型結(jié)構(gòu)、組成、缺陷狀態(tài)、光學(xué)性能等進(jìn)行表征；采用電化學(xué)循環(huán)伏安法和光熱轉(zhuǎn)化實驗評價其在能量轉(zhuǎn)化與存儲領(lǐng)域的應(yīng)用。

3 實驗教學(xué)內(nèi)容、安排及組織形式

本綜合實驗涉及納米材料制備、微觀結(jié)構(gòu)表征、儲能性能評價等內(nèi)容(表1)，適合在“雙碳”相關(guān)學(xué)科(如化學(xué)、材料、能源等)高年級開設(shè)。除石墨烯的制備外，其他實驗內(nèi)容可根據(jù)教學(xué)平臺硬件條件自由替換或組合，實驗課堂學(xué)時靈活多變(4-14學(xué)時)，滿足不同專業(yè)、不同知識背景學(xué)生的教學(xué)需求。

表1 實驗教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排

本實驗建議采用項目式教學(xué)法，將學(xué)生分為6-8名成員組成的項目組，教學(xué)內(nèi)容可分為4個環(huán)節(jié)：第1-4周，布置項目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，課外查閱文獻(xiàn)，完成實驗方案設(shè)計；第5周，實驗方案研討會，項目組在課堂上匯報實驗設(shè)計方案，師生共同探討，確定實驗方案；第6-7周，實驗操作環(huán)節(jié)，項目組成員合作完成整個實驗；第8-9周，撰寫實驗報告和PPT，舉行成果報告會，分享實驗結(jié)果和經(jīng)驗，教師點評總結(jié)，提升教學(xué)質(zhì)量。此外，考慮到球磨機(jī)械化學(xué)反應(yīng)耗時2 h，在此期間可向?qū)W生介紹表征石墨烯的形貌、結(jié)構(gòu)、性能的典型儀器分析方法與技術(shù)的原理及操作事項，為后續(xù)開展的相關(guān)實驗內(nèi)容做準(zhǔn)備。

4 實驗內(nèi)容

4.1 主要試劑和儀器

鱗片石墨(325目，直徑約50-800 μm，厚度約1-150 μm；簡記為GF)，購于Sigma-Aldrich；過二硫酸鉀(K2S2O8)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；Nafion溶液購于阿拉丁試劑公司。

行星式球磨機(jī)(YXQM-4L，長沙米琪儀器設(shè)備有限公司)，KQ-200KDE超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，真空干燥箱(DZF-6030A，上海藍(lán)豹實驗儀器有限公司)，BS210S電子分析天平(北京賽多利斯有限公司)，紫外-可見分光光度計(Cary 60，美國安捷倫科技有限公司)，INVENIO R傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR，德國Bruker公司)，D8 Advance X射線衍射儀(XRD，德國Bruker公司)，DXR激光共聚焦顯微拉曼光譜儀(Raman，美國賽默飛世爾科技公司)，原子力顯微鏡(AFM，SPM-9700，日本島津公司)，熱重分析儀(TGA，STA 449 F3，德國耐馳儀器有限公司)等。

4.2 石墨烯的制備和產(chǎn)率測定

參考專利及文獻(xiàn)報道的方法[11,12]，將定量GF (2.55 g)和K2S2O8(0.20 g)加入到直徑為7.2 cm、深度為7.75 cm、容量為250 mL的球磨罐(氧化鋯或不銹鋼材質(zhì))中，加入數(shù)顆直徑為1.5 cm的磨球，球與料的質(zhì)量比約為40 : 1。設(shè)置球磨轉(zhuǎn)速為350 r·min-1，球磨時間為2 h，開啟球磨反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯，加入適量蒸餾水，用玻棒攪拌后靜置，待產(chǎn)物沉降后，傾倒掉上層清液，如此清洗數(shù)次至無SO42-殘留(鋇鹽檢驗)。將粗產(chǎn)物分散在100 mL中，超聲0.5 h，即得到EHG分散液。若不使用K2S2O8為磨劑，直接球磨處理GF得到的產(chǎn)物簡記為m-GF。

將石墨烯分散液定量稀釋至合適濃度，轉(zhuǎn)入石英比色皿中，在紫外-可見分光光度計上測定其吸收光譜曲線(200-900 nm)。根據(jù)文獻(xiàn)報道的質(zhì)量消光系數(shù)(α= 3210 L·g-1·m-1)，計算石墨烯分散液的濃度，進(jìn)而計算其產(chǎn)率。

4.3 石墨烯的基本理化性質(zhì)表征

采用原子力顯微鏡觀察石墨烯的厚度。將石墨烯分散液稀釋至光學(xué)透明，滴于云母片上，在60 °C下真空干燥，采用AFM輕敲模式測試。

鑒于部分測試需要使用固體粉末，將部分石墨烯分散液過濾至濾膜上，在60 °C下真空干燥，備用。采用XRD測試石墨烯固體粉末的晶型，測試條件為：CuKα射線源(λ= 0.15416 nm，外施加電壓為40 kV，電流為40 mA)，掃描范圍為2θ= 10°-80°。在熱重測試中，稱取5 mg左右樣品至坩堝中，在N2(28 mL·min-1)氛圍下測試熱失重曲線，溫度范圍為0-900 °C，升溫速度為10 °C·min-1。采用激光共聚焦顯微拉曼光譜儀，在激光器波長532 nm、激光功率5 mW、曝光時間3 s、曝光3次的條件下，測試其Raman光譜。

4.4 電化學(xué)循環(huán)伏安實驗

稱取約1 mg石墨烯固體，分散于475 μL DMF溶劑中，再加入25 μL Nafion溶液，超聲分散0.5 h，之后用DMF稀釋10倍。取上述稀釋后的50 μL石墨烯試液滴于5 mm × 5 mm電極表面，于60 °C下烘干，得到石墨烯修飾電極。在支持電解質(zhì)為1 mol·L-1的H2SO4溶液中，以甘汞電極為參比電極、Pt絲電極為對電極組成的三電極體系中，測試石墨烯修飾電極的循環(huán)伏安曲線。

4.5 光熱轉(zhuǎn)化實驗

移取2.0 mL適量稀釋的石墨烯分散液(濃度約25 mg·L-1)，加入到石英比色皿中，記錄其在808 nm的吸光度；之后，將數(shù)顯溫度儀的探頭插入到分散液中，采用808 nm激光器為光源(光斑直徑約1 cm)，設(shè)置激光功率為1 W·m-2，開啟激光光源，每隔1 min記錄分散液的溫度T，待溫度上升至最大值Tmax后，停止測試。

5 主要實驗結(jié)果與討論

5.1 石墨烯的產(chǎn)率及水中穩(wěn)定性

石墨烯中的碳原子為sp2雜化，且形成離域大π鍵，在紫外-可見-近紅外區(qū)域具有較寬的吸收，其特征吸收峰位于270 nm，若其面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)被破壞，則會引起吸收范圍和吸收峰藍(lán)移。圖2a對比了EHG和GO的紫外-可見吸收光譜曲線。在200-950 nm范圍內(nèi)，EHG均有吸收，在268 nm處出現(xiàn)最大吸收峰，與rGO的特征吸收峰類似[21]，對應(yīng)于石墨烯大π離域結(jié)構(gòu)中的π-π*躍遷；而GO的最大吸收峰位于230 nm，且在波長 ＞ 500 nm時吸收較微弱，表明其共軛結(jié)構(gòu)受破壞程度較大。從二者的分散液的照片(圖2a插圖)也可看出，EHG分散液為黑色，而GO為棕黃色，進(jìn)一步表明EHG對光的吸收范圍更廣。根據(jù)實驗測得的EHG在660 nm處的吸光度及文獻(xiàn)[12]報道的EHG的質(zhì)量吸光系數(shù)(圖2b)，計算得到石墨烯的產(chǎn)率。通過與文獻(xiàn)[12]報道的產(chǎn)率(約為65%)對比，討論可能是哪些實驗條件/操作引起了產(chǎn)率變化。

圖2 (a) EHG、GO水分散液的吸收光譜曲線，內(nèi)插圖為二者的照片；(b) 文獻(xiàn)[12]測試的EHG水分散液的標(biāo)準(zhǔn)曲線(檢測波長為660 nm)

將EHG、m-GF和GO放置一定時間(＞ 2 h)，發(fā)現(xiàn)m-GF幾乎全部沉降至容器底部，而EHG和GO則未出現(xiàn)明顯變化。進(jìn)一步，可采用紫外-可見分光光度計測試，通過對比石墨烯分散液在最大吸收波長處的吸光度隨放置時間的變化，定量評價EHG和GO分散液的穩(wěn)定性。由此可知，EHG具有類似于GO的良好分散性，但EHG含有的面內(nèi)缺陷較少。

5.2 石墨烯的形貌、晶型及缺陷表征

將石墨烯分散液滴涂在云母片上，待溶劑揮發(fā)干，利用AFM測試其厚度。圖3對比了EHG和GO的AFM圖，二者的橫向尺寸均為微米級，厚度分別約為3 nm和4.5 nm，表明EHG比GO的厚度更薄，含有約4層石墨烯。此外，EHG表面十分平整，而GO表面出現(xiàn)很多褶皺，主要是由豐富的含氧官能團(tuán)引起的[22]。由此可知，本方法制備的石墨烯中含氧官能團(tuán)較少。

圖3 EHG (a)和GO (b)的AFM圖

圖4a對比了EHG、GF、m-GF和GO的XRD圖。鱗片石墨(即GF)在26.4°處的衍射峰為石墨的002晶面峰，對應(yīng)的層間距為0.34 nm。若不使用K2S2O8為磨劑，直接用球磨處理GF得到的m-GF，其位于26.4°衍射峰較GF更強，表明350 r·min-1球磨處理2 h并未破壞石墨的結(jié)構(gòu)，反而增強了其結(jié)晶度。相反，使用K2S2O8共磨制備的EHG在26.4°處的衍射峰強度顯著降低，半峰寬由0.3增至0.9，且向較低衍射角方向移動約0.5°，表明石墨烯的晶型變差、層間距增大，但在10.9°并未觀察到GO的特征衍射峰，表面EHG仍保留了石墨烯的本質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖4 石墨和石墨烯的XRD衍射圖(a)、Raman光譜圖(b)，以及氮氣(c)和空氣(d)氛圍下的熱重曲線

圖4b對比了上述4種樣品的Raman光譜圖。GF和m-GF的Raman光譜曲線類似，在1350、1580和2720 cm-1出現(xiàn)了石墨的特征D峰、G峰和2D峰；而EHG的D峰強度顯著增加，且在1620 cm-1處出現(xiàn)了G峰的肩膀峰(即D’峰)。G峰對應(yīng)sp2雜化C原子共軛結(jié)構(gòu)的面內(nèi)伸縮振動，D峰是由A1g振動模式引起的，一般將D峰與G峰的強度的比值(即ID/IG)表征石墨烯的無序化程度[23]。EHG的ID/IG為0.98，大于GF (0.10)和m-GF (0.17)，表明K2S2O8輔助球磨法在石墨烯上引入了含氧官能團(tuán)，增加了其無序化程度。GO與上述三個樣品的Raman光譜圖差異較大，D峰與G峰明顯變寬，且G峰向高波數(shù)移動了16 cm-1，而D’峰消失或與G峰重疊，表明GO的缺陷含量更高。Eckmann等報道，ID/ID’可反映石墨烯的缺陷類型，ID/ID’約為13時，主要為sp3雜化引起的缺陷；ID/ID’約為7時，缺陷主要是面內(nèi)空洞；ID/ID’為3.5時，缺陷類型主要為邊緣缺陷[24]。經(jīng)計算，EHG的ID/ID’值約為2.4，表明其缺陷主要位于石墨烯的邊緣。

石墨烯的缺陷程度會影響其熱穩(wěn)定性。如圖4c所示，在N2氣氛下，與m-GF相比，EHG在200-900 °C的失重略有增加，表明其結(jié)構(gòu)中缺陷量增加。但是，即使在900 °C高溫下，EHG的失重率仍不足15%。相反，對照樣品GO在900 °C的失重率約為60%。在空氣氣氛下，m-GF的失重起始溫度(Ti)和終點溫度(Tc)分別約為650和950 °C，至950 °C幾乎分解完全；HG的Ti和Tc分別提前至250和680 °C，而GO的Ti和Tc更低，在500 °C以內(nèi)就完全分解了。這些結(jié)果表明EHG較GO具有更高的熱穩(wěn)定性，這可能源于其面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)未被破壞。

5.3 石墨烯的光熱轉(zhuǎn)化性能

作為一種光熱轉(zhuǎn)化材料，石墨烯可將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能儲存起來，在太陽能轉(zhuǎn)化與存儲領(lǐng)域有潛在應(yīng)用。采用808 nm激光照射EHG水分散液(808 nm處吸光度約為0.8，濃度約為25 μg·mL-1)，隨光照時間延長，EHG分散液的溫度逐漸由室溫(29.3 °C)上升至最大值45.8 °C，溫度變化(ΔTmax,EHG)約16.4 °C；不含EHG的水溶液在相同光照條件下，溫度僅升高1.4 °C (圖5a)，由此可知含EHG體系的溫度變化是溶劑體系的11.7倍(圖5b)。作為對照，含25 μg·mL-1GO的水分散液的溫度變化僅為空白溶劑體系的1.5倍，顯著低于EHG體系，這是由于GO在808 nm處幾乎無吸收，而EHG對808 nm的光具有較強的吸收能力(圖2a)。此外，Dai等報道將納米級GO還原處理制備得到的rGO，其在808 nm的吸光能力和光熱轉(zhuǎn)化性能均優(yōu)于GO (圖5b和5c)[25]，但rGO體系的溫度變化僅為空白溶劑體系的2.8倍，低于EHG體系(11.7倍)，可能是由于還原處理無法完全恢復(fù)石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)，削弱了其光熱性能；而EHG具有較完整的面內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)，因而顯示了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化性能。

圖5 (a) 808 nm激光照射下，EHG水分散液和空白水溶液的溫度變化曲線；(b) 相對于空白溶劑體系，EHG、GO及文獻(xiàn)[25]報道的納米級GO (Nano-GO)、Nano-rGO體系在808 nm激光照射下的溫度變化(ΔTmax,EHG/ΔTmax,solvent)；(c) 分散液在808和268 nm處的吸光度比值(A808/A268)

5.4 石墨烯的電化學(xué)性能

據(jù)報道[11,12]，當(dāng)PDS與GF質(zhì)量比為14時，制得的EHG的電導(dǎo)率為100 S·cm-1，比GO (2.76 × 10-3cm-1)高近5個數(shù)量級，且比文獻(xiàn)報道[14,15]的機(jī)械化學(xué)法制得的邊緣羧基化石墨烯分別高9000和8倍，表明EHG具有良好的導(dǎo)電性。本實驗在1 mol·L-1的H2SO4支持電解質(zhì)中，測定了EHG與m-GF修飾電極的循環(huán)伏安曲線。如圖6a所示，與m-GF修飾電極相比，EHG修飾電極在0.4 V附近出現(xiàn)了一對氧化還原峰，對應(yīng)EGH邊緣羥基引起的氧化還原反應(yīng)[12]。當(dāng)掃描速率由1增至500 mV·s-1，EHG修飾電極的電流密度逐漸增大(圖6b)。根據(jù)循環(huán)伏安曲線測試結(jié)果和公式(1)，可計算電極的質(zhì)量比電容(Cm，F(xiàn)·g-1)，

圖6 球磨后的鱗片石墨(m-GF)及制備石墨烯(EHG)修飾電極在電位掃描速率為100 mV·s-1 (a)及不同掃速下(b)的循環(huán)伏安曲線；(c) 電位掃描速率對m-GF及EHG修飾電極的質(zhì)量比電容的影響

其中，m為電極上沉積的石墨烯的質(zhì)量(g)，v為掃描速率(V·s-1)，V1和V2分別是循環(huán)伏安法電位窗口的高、低電位值，I為測得的電流值(A)。圖6c為EHG在不同掃描速率下的質(zhì)量比電容，當(dāng)掃描速率由1增至100 mV·s-1，質(zhì)量比電容逐漸減??；當(dāng)掃描速率增至500 mV·s-1，質(zhì)量比電容幾乎維持在100 F·g-1，是m-GF修飾電極的8倍。本文使用的石墨原料GF的厚度約為1-150 μm，直接球磨處理幾乎為改變石墨的晶型和缺陷結(jié)構(gòu)(圖4a和b)；然而，過硫酸鹽輔助球磨法制備的EHG厚度約為3 nm，且其邊緣存在含氧官能團(tuán)(圖3a和圖4b)。隨著石墨烯片層厚度變薄，其比表面積增加，電子傳輸速率增大，因此EGH的質(zhì)量比電容顯比m-GF更高。

6 實驗成果總結(jié)及教學(xué)拓展

實驗課后，要求以小組為單位，歸納EHG、m-GF和GO三種材料的制備原理、結(jié)構(gòu)特點、水中分散性、光吸收行為、光熱轉(zhuǎn)化性能及電化學(xué)性能，分析石墨烯的結(jié)構(gòu)對其性能的影響，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維方法；總結(jié)使用到的石墨烯的表征方法及原理，還有哪些儀器分析方法可用于測試石墨烯的光、電等性能，并進(jìn)一步延伸到其他碳材料或二維材料，拓展學(xué)生的知識視野；查閱5-8篇國內(nèi)外關(guān)于石墨烯制備的文獻(xiàn)，并與本文的制備方法作對比，分析各自的優(yōu)缺點，增強學(xué)生對本工作的認(rèn)同感及對于國家科技進(jìn)步的自豪感；查閱石墨烯在能源轉(zhuǎn)化與存儲領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例，讓學(xué)生了解石墨烯在“碳中和”領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，根植“雙碳”理念和使命。

7 結(jié)語

本文基于前沿科研成果開發(fā)了一個關(guān)于石墨烯的綠色制備、表征及光電性能的綜合型實驗。通過本實驗，可使學(xué)生更好地了解石墨烯的結(jié)構(gòu)與其性能之間的關(guān)系，熟悉多種儀器分析方法研究材料特別是碳材料的結(jié)構(gòu)與性能的方法，激發(fā)學(xué)生對科技前沿的興趣，培養(yǎng)科研素養(yǎng)和實踐能力。此外，借助本實驗還能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注石墨烯在“雙碳”領(lǐng)域中的應(yīng)用，培養(yǎng)其社會責(zé)任感。