盖世汽车讯 据外媒报道，瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）的研究人员研发了一种绿色替代方案，可降低对石墨烯原材料-石墨开采的依赖。该项研究发表于《Small》期刊，介绍了一种可重复且可扩展的方法，利用商用碳纤维生产氧化石墨烯（GO）纳米片，该项研究成果是可持续性纳米材料合成领域的一项重大突破。

氧化石墨烯纳米片（图片来源：瑞典皇家理工学院）

该工艺涉及利用硝酸对碳纤维进行剥离处理，以获得高产量的单原子层厚度氧化石墨烯片。这些氧化石墨烯片的特性与从石墨矿石中提取的商用氧化石墨烯相当。

氧化石墨烯是一种被广泛研究的纳米材料，在氧化石墨烯薄片堆叠在一起，形成类似石墨层的结构时，可应用于汽车电池。此外，该材料在高性能复合材料、水净化处理和电子器件领域的应用前景也很广泛。然而，从石墨矿石中合成氧化石墨烯的过程通常需要使用强刺激的化学品，而且由于石墨烯纯度的变化，常常导致最终产品的性能不一致。

KTH高分子材料系教授Richard Olsson表示，该研究的概念验证实验采用了源自聚丙烯腈（PAN）的碳纤维进行，PAN是一种广泛可得的聚合物材料，经过了高温氧化及石墨化处理。此外，该方法同样适用于其他原材料，如生物质或林业副产品等原材料。

Olsson教授指出，电动汽车电池市场是能够从该项新技术中获益的领域之一。他表示：“石墨烯电池功能的核心在于其内部的层状石墨烯结构，而使用该方法就可以从商用碳纤维中获取此类石墨烯。随着汽车行业逐步向电池动力转型，未来的问题将是从何处获取石墨烯，因此，他们会需要此种替代性方案。”

该方法包括在水和硝酸的混合溶液中，利用电化学氧化工艺，对碳纤维进行改性。在此过程中，溶液容器充当导体，当电流流过碳纤维时，该材料会开始失去电子，其表面的变化方式与汽车生锈时出现的氧化作用的表现大致相同。在此种情况下。此种变化会导致碳纤维表面的纳米级氧化石墨烯层剥落。

该项研究发现，仅使用5%浓度的硝酸就可以完美制备出此类尺寸为0.1至1微米、厚度均匀且约为0.9纳米的超薄纳米片。值得注意的是，通过该方法合成的氧化石墨烯纳米片呈现出圆形和椭圆形，与从天然石墨烯矿石中合成的氧化石墨烯所呈现的多边形形态，形成鲜明对比。

与现有的合成方法相比，该种新方法能够实现每克碳纤维产出200克氧化石墨烯的高产量。此种高效的转化率使其适用于大规模量产，从而解决纳米材料合成领域中的一个关键挑战。

为了确保该氧化石墨烯纳米片达到质量标准，研究人员还采用了多种先进技术，对其性能和结构进行了检测和测量。此外，该项研究还探讨了在氧化处理前，从商用碳纤维上去除保护性聚合物涂层的方法，分别采用了580℃加热了两小时，以及在1200℃高温下冲击加热三秒钟，而这两种方法都被证实有效。此外，该研究结果还表明，碳纤维内部的导电性在电化学剥离过程中起着至关重要的作用。

Olsson教授表示，研究人员的后续工作将包括探索碳纤维的生物基来源，更深入地探索该工艺的工作机制。