背景：

石墨烯是一種以蜂窩排列的二維碳原子，是一種引人注目的材料，具有許多令人興奮的特性，如機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，有趣的光學(xué)特性等。石墨烯是激烈研發(fā)的重點(diǎn)，但其相對(duì)較高的價(jià)格是目前的障礙。氧化石墨烯是石墨烯的一種形式，其包括氧官能團(tuán)，并且具有可以與石墨烯不同的有趣特性。通過(guò)還原氧化石墨烯，去除這些氧化的官能團(tuán)，以獲得石墨烯材料。該石墨烯材料被稱(chēng)為還原氧化石墨烯，通常縮寫(xiě)為rGO。由于正在集中尋求有效且廉價(jià)的制造石墨烯（或密切相關(guān)的材料，例如rGO）的方法，因此將氧化石墨烯（或氧化石墨）還原為rGO是流行且有吸引力的。

文獻(xiàn)介紹：

本文研究了了利用電泳沉積(EPD)和光子燒結(jié)在銅上形成 rGO 膜的方法。

首先，利用自備氧化石墨烯分散體，采用電泳沉積技術(shù)，進(jìn)行薄膜沉積。為了獲得導(dǎo)電性，報(bào)道了各種方法來(lái)減少氧化石墨烯。簡(jiǎn)單地說(shuō)，通過(guò)聯(lián)氨進(jìn)行化學(xué)還原是一種廣泛使用的方法;然而，由于反應(yīng)產(chǎn)生有毒蒸氣和危險(xiǎn)副產(chǎn)物，它是不安全的。除化學(xué)還原外，還有熱退火、微波還原、電化學(xué)還原、溶劑熱還原等方法。這些還原途徑存在局限性，例如，使用有限的襯底、復(fù)雜的儀器和工藝、不可擴(kuò)展性、高成本和獲得的還原氧化石墨烯質(zhì)量差。

因此，為了克服上述限制，光熱還原有望減少氧化石墨烯，因?yàn)樘疾牧贤ㄟ^(guò)振動(dòng)激發(fā)將光能高效地轉(zhuǎn)化為熱能。從機(jī)理上講，光能轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致氧化石墨烯層加熱，導(dǎo)致脫氧反應(yīng)，形成多孔導(dǎo)電的還原氧化石墨烯膜。通過(guò)這種方法，甚至可以在柔性、低溫基材(如PET 和紙張)上獲得還原氧化石墨烯薄膜。2009 年，Cote等人首次報(bào)道了使用光子燒結(jié)系統(tǒng)對(duì)獨(dú)立的氧化石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合薄膜進(jìn)行還原和定影。Park等也采用光子燒結(jié)系統(tǒng)減少獨(dú)立氧化石墨烯膜。該技術(shù)提供了比激光還原過(guò)程更快速和有效的大面積氧化石墨烯膜的還原。它還允許在室溫下進(jìn)行可調(diào)的還原。

結(jié)構(gòu)研究、x射線(xiàn)衍射（XRD）、拉曼、紅外和 x 射線(xiàn)光電子能譜(XPS)驗(yàn)證了氧化石墨烯向還原氧化石墨烯的轉(zhuǎn)化。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和布魯瑙爾-埃米特-泰勒(BET)吸附測(cè)量結(jié)果表明，還原氧化石墨烯薄膜具有儲(chǔ)能器件的針對(duì)性。循環(huán)伏安法(CV)證實(shí)了還原氧化石墨烯膜的比表面積、孔隙率和電導(dǎo)率的增強(qiáng)。

文獻(xiàn)中光子燒結(jié)部分：

為了通過(guò)去除氧基基團(tuán)來(lái)恢復(fù)GO薄膜的導(dǎo)電性，光子燒結(jié)已成為一種有吸引力的選擇。與石墨烯相反，由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)，氧化石墨烯可以吸收近紫外線(xiàn)(UV)、可見(jiàn)光和近紅外(NIR)輻射。GO中的混合結(jié)構(gòu)域(未氧化的sp2碳和氧化的 sp32碳)使其具有非均相電子結(jié)構(gòu)和非線(xiàn)性光學(xué)性質(zhì)。因此，當(dāng)暴露在氙燈的長(zhǎng)波長(zhǎng)(200 - 1500nm)下時(shí)，GO薄膜吸收足夠的光能來(lái)產(chǎn)生熱量進(jìn)行還原。在機(jī)械層面上，由于GO的熱質(zhì)量低、導(dǎo)熱性差，將光能轉(zhuǎn)化為熱能會(huì)導(dǎo)致薄膜溫度的快速升高。溫度的突然升高會(huì)局部加熱薄膜，引發(fā)脫氧反應(yīng)(將含氧基團(tuán)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)副產(chǎn)物)，并導(dǎo)致體積龐大、蓬松的碳結(jié)構(gòu)。

此外，GO膜的厚度和密度在還原過(guò)程中也起著重要作用。在光子燒結(jié)中，突出的光熱還原發(fā)生在薄膜的頂表面；因此，頂部的局部加熱誘導(dǎo)最高溫度，該溫度向襯底呈指數(shù)下降。薄膜在長(zhǎng)時(shí)間暴露于高脈沖能量下時(shí)，會(huì)迅速將熱量傳遞到薄膜和襯底界面，從而導(dǎo)致薄膜分離和襯底翹曲。另一方面，相同還原參數(shù)的厚膜可以防止熱量傳遞到薄膜和襯底界面。熱擴(kuò)散隨著薄膜厚度的增加而減少，從而避免了薄膜從基片上脫落。因此，GO薄膜的厚度是避免薄膜脫離和襯底翹曲的重要參數(shù)。同時(shí)，GO膜的密度是優(yōu)化還原參數(shù)的關(guān)鍵。通過(guò)報(bào)道的工作，發(fā)現(xiàn)具有空隙的低密度膜(高孔隙率)即使在低脈沖能量下也容易點(diǎn)燃。然而，高密度薄膜緊密堆積，沒(méi)有空隙，需要高脈沖能量或重復(fù)/多次閃光來(lái)啟動(dòng)脫氧反應(yīng)。這是因?yàn)榫哂懈吖鈳兜奈催€原GO將作為光子吸收的屏障。然而，薄膜的還原部分(rGO)具有較低的光帶隙，隨著脈沖能量的增加，光子吸收和光熱轉(zhuǎn)換增加。因此，更高的脈沖能量和脈沖數(shù)會(huì)由于產(chǎn)生過(guò)多的熱量并將其傳遞到薄膜和襯底界面而引起薄膜的燃燒和分離。因此，為了實(shí)現(xiàn)rGO膜的有效轉(zhuǎn)化和結(jié)構(gòu)完整性，我們將脈沖能量從1j/cm2變化到10j/cm2，并觀(guān)察了脈沖能量的影響。此外，光子燒結(jié)系統(tǒng)與薄膜之間的距離也是還原的關(guān)鍵參數(shù)。在燃燒薄膜的同時(shí)，較小的距離可以在低脈沖能量下實(shí)現(xiàn)完全的還原；然而，增加距離可能不會(huì)啟動(dòng)脫氧過(guò)程。在這項(xiàng)工作中，我們將薄膜與光子燒結(jié)系統(tǒng)之間的距離固定為10mm。

文獻(xiàn)結(jié)論：

電泳沉積和光子燒結(jié)相結(jié)合是一種有效的技術(shù)，可以在任何導(dǎo)電表面形成襯底完整的還原氧化石墨烯膜。通過(guò)光子燒結(jié)還原可以實(shí)現(xiàn)大面積轉(zhuǎn)換，這對(duì)提高石墨烯基印刷電子產(chǎn)品的可擴(kuò)展性非常有利。通過(guò)這種技術(shù)，還原可以在室溫下進(jìn)行，并且還原的程度是可控的。通過(guò)這項(xiàng)工作的觀(guān)察結(jié)果是:(i) EPD 產(chǎn)生連續(xù)、均勻和致密的氧化石墨烯膜，(ii)更高的脈沖能量可以實(shí)現(xiàn)完全還原，(iii)優(yōu)化光學(xué)參數(shù)對(duì)于在銅上形成完整的氧化石墨烯膜是必不可少的，(iv)脫氧反應(yīng)導(dǎo)致高多孔性和導(dǎo)電性的氧化石墨烯膜。此外，發(fā)現(xiàn)在2 mVs^-1下的比電容為475.8Fg^-1，這有希望使用銅上的氧化石墨烯薄膜作為電容式電荷存儲(chǔ)裝置的電極。因此，該工藝能夠在幾毫秒內(nèi)快速、環(huán)保地生產(chǎn)化學(xué)穩(wěn)定的氧化石墨烯薄膜，可以顯著滿(mǎn)足超級(jí)電容器對(duì)石墨烯基電極日益增長(zhǎng)的需求。

圖文說(shuō)明：

上圖所示：(a)不同脈沖能量下形成的rGO膜的XRD圖，(b) GO和rGO峰下面積圖，顯示了GO 膜中rGO峰的演變，(c) rGO膜層間間距隨脈沖能量增加的函數(shù)。

上圖所示：(a)不同脈沖能量下形成的rGO膜的拉曼光譜，(b) rGO膜的ID/IrG ratio隨脈沖能量增加的函數(shù)。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.037

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