石墨烯片层的空化剥离、结构演化及界面修饰

石墨烯的卓越性质在许多领域都显示出迷人的应用前景，但如何实现规模化生产目前仍面临巨大挑战。本项目通过结合重氮盐偶合和原子转移自由基聚合技术，提出了利用超声波空化效应制备高质量石墨烯及其复合材料的环境友好、低能耗、高效率的新思路。利用空化效应，引发剂和聚合单体被插入石墨烯片层中间，通过重氮偶合锚固在石墨烯表面，克服了片层相互作用位垒、阻止了片层的再次聚集，随后的聚合物链增长实现对石墨烯片层的剥离。超支化和线性链的结合允许复合材料界面能够在宽的组成范围内调节石墨烯的缺陷数目和载荷转移，提供了一种同时优化复合材料的力学性能和功能性的新途径。此外，一种在石墨烯表面构造多孔碳保护金属纳米颗粒的方法也有助于在石墨烯表面实现金属纳米颗粒尺寸的均匀分布，提高负载催化剂的再生能力和使用寿命。

本项目致力于发展环境友好的、低成本、高质量石墨烯的制备、应用及其相关机理。经过4年的研究，各向研究目标均已实现，在石墨烯制备、复合材料和储能材料应用领域取得了显著进展。项目提出了一系列新颖的石墨烯制备方法，这些方法允许以环境友好、低成本方式、高效率方式制备各种高质量石墨烯或氧化石墨烯，包括水相剥离石墨烯制备技术、层数可控石墨烯制备技术、超大片层（氧化）石墨烯制备技术、石墨烯水热裁剪技术等。项目也提出了各种复合材料和储能材料制备新技术，包括石墨烯-聚合物复合材料中仿生界面构建、聚合物辅助金属纳米颗粒生长以及它们在制备过程中的演化机理、控制方式和相关应用性能表征和分析。这些新方法和新技术为加速我国石墨烯产业的发展提供了好的基础，也为石墨烯在各个领域中的应用提供了新途径。