化學系石高泉研究組：探索石墨烯基礎研究新平臺

化學系石高泉研究組：探索石墨烯基礎研究新平臺

項目完成人：石高泉、許玉溪、李春、百花、吳瓊、洪文靜、孫一清、張麗、黃燦燦、盛開軒、陳吉、劉安龍等。

項目簡介：2007年以來，項目組對石墨烯的可控化學制備、石墨烯的大分子行為、超分子化學、石墨烯的結構和性質進行了系統的研究，在石墨烯的化學組成、結構和尺寸控制、非碳納米管等方面取得了重要進展。石墨烯的橢圓化改性、石墨烯的可控組裝與復合以及石墨烯在催化、能源、傳感和有機納濾膜等領域的應用，一系列的研究成果具有獨創性和創新性，在國際上具有重要的學術影響。發表了115篇與石墨烯有關的SCI論文，引文15000余篇。已申請六項專利，三項已獲授權。

近年來，石墨烯以其獨特的二維單原子厚度結構和優異的強度、柔韌性、導電性和導熱性而備受關注。石墨烯已廣泛應用于材料、能源、信息、環境等領域，面對以工業4.0為代表的新工業革命，石墨烯的制備、開發和應用面臨新的機遇和挑戰。

2017年1月，在人民大會堂舉行的國家科學技術獎會議上，石高泉及其團隊以其對化學改性石墨烯可控組裝與合成的基礎研究獲得2016年國家自然科學獎二等獎，本項目主要研究大分子行為。化學改性石墨烯的IOR，建立了一種石墨烯的化學改性、可控組裝和復合的新方法，開發了一系列石墨烯功能材料，并對其在能源領域的應用進行了探討。揭示化學改性石墨烯結構與性能的關系，構建新型石墨烯功能材料，促進其工業化進程，積累知識，提供理論依據和技術支持。

石墨烯在自然界中存在，但很難剝離出單層結構，石墨烯是一層一層的石墨，但單層石墨烯的性能不同于石墨，如何從單層中剝離石墨烯在十多年前就面臨著許多困難。

石高權在一次學術會議上與石墨烯有了聯系，一位物理學家在會上介紹了石墨烯物理剝離的方法：首先將石墨片從石墨上剝離，然后將石墨片的兩面粘在專用膠帶上，再將石墨片撕下膠帶分成兩部分。石高權說：石墨烯是在足夠薄到只有一個碳原子的情況下制成的。這種制備方法非常昂貴，我開始考慮用化學方法制備石墨烯的可能性。后來石高權查閱文獻時，他發現現有的化學制備方法主要是在Ed氧化剝皮法，但用這種方法制備的石墨烯不能分散和溶解在溶劑中，研究一維共軛聚合物材料的石高博士發現，石墨烯在結構上可以看作二維共軛聚合物，因此石高全和他的團隊開始了很長的路要走。研究石墨烯作為二維共軛聚合物。

共軛聚合物的研究已經從一維轉向二維，這不僅是石高權自身研究領域的發展，也是一個巨大的挑戰，研究沒有什么特別之處。我們正在逐步解決一些基本的科學問題，石高泉回憶他十年來對石墨烯的研究，2007年石高泉的團隊開始研究石墨烯。2008年，該團隊在國際期刊上發表了第一篇研究論文，在過去十年中，該團隊發表了115篇與石墨烯有關的SCI論文，引用量超過15000次，申請了6項專利，授權3項，但在石高權看來，發表該論文僅僅是研究的客觀結果，達到了預期的效果。Akthroughs，沒有必要刻意追求它。他說：石墨烯具有獨特的結構和優異的性能，一直吸引著我去探索。作為一種二維分子，我們對石墨烯的理解并不十分清楚。它的應用還有賴于基礎研究的突破，我們應該繼續這樣做。

石高權組建了一支以研究生為主力、充滿活力的年輕團隊，談到突破研究的訣竅，他說：團隊就像一個家庭。真誠合作，營造和諧氛圍是非常重要的。

石高泉的團隊是一個真誠合作的團隊，研究小組中每個學生的主題都不一樣。史高權說：沒有競爭關系，但它們是相互關聯和合作的。從石墨烯的制備和改性到石墨烯在傳感器、催化劑和執行器中的應用，每個人都有明確的分工。

讓學生自由學習是石高權一貫的作風，經過一系列的學生培訓，他們會充分發揮自己的積極性，把自己的球隊比作一支足球隊：老師的角色是足球隊的教練。他不能在球場上踢足球，但他應該有發現問題的敏感性和控制方向的能力。學生應該沖向前線，處理每一個細節，如觀察實驗現象和闡明其意義。作為教師，我們將及時糾正學生在研究方向上的錯誤，改變他們的研究策略得當，并防止他們走彎路。

在齊心協力的努力下，石高泉團隊在石墨烯領域解決了一個又一個的科研問題，每天8點前到實驗室工作，每周工作6天，石高泉堅持嚴格執行這類工作和休息時間，帶動實驗室團隊繼續努力。史高權不要求學生每天做超過十小時的科研實驗。我經常告訴學生，我希望你能花一半的時間思考。沒有思想的研究往往會犯許多錯誤。我們不能做原則上不可理解的實驗，也不能盲目地尋求新事物。在做實驗之前，我們必須問誰會從中受益，有什么意義。

史高權說，在克服困難的過程中，師高權非常重視學生的培養，教師最大的動力和幸福來自于培養學生解決問題的能力，據了解，師高權有二十三十名學生從事教學和科研，還有一些學生學生在這個行業中扮演著重要的角色。

經過多年的精心灌溉，團隊終于收獲了創新的成果，創造性地提出了一種通過共軛小分子或聚合物的非共價改性制備水溶性石墨烯的新方法，總之，非共價改性是通過對石墨烯表面的一些基團進行改性，使其溶解。從不溶態出發，保留了石墨烯本身的性質和結構，賦予其新的功能，為開發和改進可溶性石墨烯的制備工藝提供了新的思路。

同時，在國際上率先對化學改性石墨烯溶液的組裝行為、三維組裝結構和性能進行了研究，制備了一系列具有多維和多級微觀結構的石墨烯本體材料，并對其應用進行了探索，石墨烯可用于作為一個裝配單元，形成一個三維裝配結構，可以最大限度地提高其比表面積和整體單元的性能。可制成薄膜、水凝膠、柔性電子器件等。史高權說，這也是國際上的開拓。

該項目的成果遠遠不止于此。該團隊還開發了一種新的化學改性石墨烯復合材料的制備策略，揭示了復合材料組分與石墨烯板之間的協同機理。該團隊組裝了石墨烯和其他組分，然后對其進行加工，以最大限度地提高其性能。這一突破Rough為石墨烯復合材料的研究開辟了新的方向，對促進石墨烯材料在能源器件中的應用做出了重要貢獻。

盡管取得了顯著的成就，石高權仍在石墨烯研究領域中努力工作，說到原因，石高權說：目前還有很多事情要做，在實驗室的結果與現有工藝相結合的過程中，存在著許多問題，如新材料不能適應現有工藝的存在。G工藝流程完善，性價比低，原材料和工藝需要建立新的體系，最重要的是對原材料本身進行研究和控制。

該團隊對石墨烯的研究是一項重要的基礎研究，要取得突破，勢必需要很長的時間。基礎研究可以說貫穿了石高泉的整個研究生涯，并將繼續下去。石高泉說：基礎研究沒有盡頭。我們不能說我們對一切都有了透徹的了解，目前石墨烯的應用還不完善，因為它的基本問題解釋不清楚，只有基礎研究完善，才能實現應用的突破，因為基礎研究是知識創新的源泉。

十年來，石高泉和他的團隊以對基礎研究的執著和熱情，在實驗室里開啟了一個新的探索之日，讓我們希望在這樣一個簡單、純凈、勤奮、腳踏實地的實驗室里，出現新的重要科技成果，推動實驗室的發展。基礎研究過程。

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