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合肥研究院设计合成氧化锆/石墨烯复合材料
添加时间:2017-02-10
  
  石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm,根据制备方式的不同而存在不同的起伏,通常在垂直方向的高度大约1nm左右,水平方向宽度大约10nm到25nm,是除金刚石以外所有碳晶体(零维富勒烯,一维碳纳米管,三维体向石墨)的基本结构单元。
  很早之前就有物理学家在理论上预言,准二维晶体本身热力学性质不稳定,在室温环境下会迅速分解或者蜷曲,所以其不能单独存在。[1]  直到2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,对于石墨烯的研究才开始活跃起来,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
  另外,石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是最小的气体分子(氦气)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。  
  近日,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所应用等离子体研究室陈长伦课题组设计合成氧化锆/石墨烯复合材料,实现对Re(VII)的高效富集。相关研究发表在美国化学会期刊《可持速化学与工程》(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)上。
  氧化锆不仅具有介孔材料比表面积大、孔径均一的特点,而且同时具有酸性与碱性表面中心,易产生氧空缺,因而具有良好的吸附性能,在污水处理方面有广阔的应用前景。氧化锆具有正方晶胞结构和单斜晶胞结构。陈长伦课题组研究人员通过理论计算发现,Re(VII)与正方晶胞结构的氧化锆结合比与单斜晶胞结构的氧化锆结合能更大,结合更稳定。课题组人员通过把氧化锆负载在石墨烯上,氧化锆单斜晶胞结构全部转化成正方晶胞结构,同时氧化锆和石墨烯形成协同富集效应,因而氧化锆/石墨烯复合材料对Re(VII)的富集能力大大增强。铼作为与锝同处于VIIB族的元素,与锝具有相似的化学性质,常被用来作为锝的非放射性模拟元素。因此氧化锆/石墨烯复合材料可以用来富集还原高价态的易溶Tc(VII),从而治理放射性Tc(VII)污染。
  合肥研究院设计合成氧化锆/石墨烯复合材料项目得到了国家自然科学基金项目的资助。