莱斯大学团队修改其Flash石墨烯工艺以生产掺杂石墨烯

James Tour教授的莱斯大学实验室对其闪光焦耳加热工艺进行了扩展性应用，修改了其闪光焦耳加热工艺，以生产掺杂石墨烯。该掺杂石墨烯可以定制原子厚材料的结构和电子状态，使其更适合光学和电子纳米器件。

修改后的过程显示了石墨烯如何掺杂单个元素或成对或三个元素。该过程用单元素硼，氮，氧，磷和硫，硼和氮的双元素组合以及硼，氮和硫的三元素混合物进行了演示。

该过程大约需要一秒钟，不含催化剂和溶剂，并且完全依赖于”闪蒸”将掺杂剂元素与炭黑结合的粉末。

通过化学气相沉积或合成有机过程等自下而上的方法，可以掺杂石墨烯，但这些方法通常会产生微量的产品或产生石墨烯中的缺陷。莱斯大学工艺是一种有前途的途径，可以快速生产大量”杂原子掺杂”石墨烯，而无需溶剂，催化剂或水。

“这为Flash石墨烯开辟了一个新的可能性领域，”Tour教授说。”一旦我们学会了制造原始产品，我们就知道直接合成掺杂涡轮石墨烯的能力将为有用的产品带来更多选择。这些添加到石墨烯基质中的新原子将允许制造更强的复合材料，因为新原子将更好地结合到主体材料，如混凝土，沥青或塑料。添加的原子还将改变电子特性，使它们更适合特定的电子和光学设备。

当2D蜂窝状晶格的堆叠不彼此对齐时，石墨烯是涡轮的。Tour说，这使得更容易将纳米级片分散在溶液中，产生可溶性石墨烯，更容易掺入其他材料中。

该实验室在两种情况下测试了各种掺杂石墨烯：电化学氧还原反应（ORR），这是燃料电池等催化装置的关键，以及作为锂金属电池电极的一部分，代表下一代具有高能量密度的可充电电池。

硫掺杂石墨烯被证明最适合ORR，而氮掺杂石墨烯被证明能够减少金属锂电沉积过程中的成核过电位。该实验室报告说，这应该有助于下一代可充电金属电池中更均匀的沉积并提高稳定性。