[發(fā)明專利]轉(zhuǎn)移石墨烯的電化學(xué)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480039688.2
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN105377755A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·皮佐凱羅;T·J·布斯;N·科斯泰莎;L·阿馬托;P·博吉爾德
• 申請（專利權(quán)）人: 丹麥科技大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C25B1/00;C25F5/00
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 吳小瑛

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用溫和可控的電化學(xué)方法從導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料分離石墨烯-負(fù)載層層壓材料的方法。通過這種方式，能夠使用并且甚至重復(fù)使用易碎、昂貴或難以制造的基底，而不損壞或破壞基底和石墨烯。

發(fā)明背景

雖然石墨烯作為材料顯示出有前途的性質(zhì)，該領(lǐng)域的研究人員和制造商仍然面臨著匱乏較大尺寸(大于1mm²)的高質(zhì)量石墨烯晶片的問題。可以使用如化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)在導(dǎo)電基底上合成高質(zhì)量石墨烯，但是如果想以任何方式利用石墨烯的電性質(zhì)，必須將其轉(zhuǎn)移至其它基底。當(dāng)前的石墨烯轉(zhuǎn)移方法無法在不損害生長基底的情況下提供高質(zhì)量的大尺寸面積的石墨烯晶片。

當(dāng)其上沉積有石墨烯的導(dǎo)電基底是特別易碎、昂貴或難以制造時，尤其出現(xiàn)問題。例如，石墨烯可以沉積在生長在非金屬(例如硅)基底上的薄金屬膜上。此外，經(jīng)常使用貴金屬如Pt、Ir或Ru作為石墨烯CVD用生長基底。此外，單晶導(dǎo)電基底的特定晶面也可以用作石墨烯CVD基底。在所有這些情況下，人們高度期望晶體基底不被損壞或不被石墨烯層離工藝以其它方式不利地影響，使得其可以在隨后的CVD工藝中被重復(fù)使用。這最終使得質(zhì)量高得多的催化劑基底的使用在實(shí)際應(yīng)用中成為可能。

Wang等人的研究(ACSNano,5,12,9927-9933,2011以及WO2013/043120)使用了一種電化學(xué)方法，以從沉積有石墨烯的金屬基底上層離負(fù)載的石墨烯。水在陰極的還原在石墨烯/金屬界面處產(chǎn)生氫氣泡，藉此通過從金屬表面機(jī)械分離石墨烯而分離石墨烯。一直以來使用該“起泡”技術(shù)以從其它基底層離其它平面材料。然而，該方法有其局限性，因?yàn)樵谝?氣界面產(chǎn)生的物理力如表面張力(即在氣泡壁的力)能夠使石墨烯損壞或斷裂并且導(dǎo)致石墨烯卷起或起皺。該方法還未應(yīng)用在高質(zhì)量(即單個未斷裂層)大尺寸晶片的轉(zhuǎn)移上。

Yang等人(J.ElectroanalyticalChemistry688(2013)243-248)公開了通過金屬基底的完全電化學(xué)蝕刻而整齊和有效地轉(zhuǎn)移CVD生長的石墨烯的方法。這樣的方法阻礙了催化劑基底的重復(fù)使用，增加了成本和工藝復(fù)雜性，并可能會降低商業(yè)可行性。

需要一種方法，其在從沉積有石墨烯的基底層離后保留沉積石墨烯的質(zhì)量，以及保留金屬基底的質(zhì)量。

發(fā)明概述

本發(fā)明的第一方面涉及一種用于從導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料分離石墨烯-負(fù)載層層壓材料的方法，所述方法包括以下步驟：

a.提供N-電極電化學(xué)系統(tǒng)，其中N為3或更大，所述N-電極電化學(xué)系統(tǒng)包括：

-至少一個工作電極(WE)，其中至少一個為所述導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料(WE1)，

-至少一個參比電極(RE)，

-至少一個對電極(CE)，和

-至少一種電解質(zhì)(E)，其連接所述至少一個工作電極(WE，WE1)、所述至少一個參比電極(RE)和所述至少一個對電極(CE)，其中作為所述導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料(WE1)的所述工作電極與具有中性或堿性pH的液體電解質(zhì)(E1)接觸；和

b.至少在作為所述導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料(WE1)的所述工作電極(WE)與所述至少一個對電極(CE)的至少一個之間施加電壓，并且測量在作為所述導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料(WE1)的工作電極(WE)和所述至少一個參比電極(RE)的至少一個之間的電壓，使得所述石墨烯-負(fù)載層層壓材料從所述導(dǎo)電基底分離。

在該方法的一個具體實(shí)施方式中，N＝3并且電化學(xué)系統(tǒng)由以下組成：

-工作電極(WE)，其為所述基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料(WE1)，

-參比電極(RE)，

-一個對電極(CE)，和

-液體電解質(zhì)(E1)，其連接所述工作電極(WE1)、所述參比電極(RE)和所述對電極(CE)。

本發(fā)明還涉及一種用于從基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料分離石墨烯-負(fù)載層層壓材料的N-電極電化學(xué)系統(tǒng)，其中N為3或更大，所述電化學(xué)系統(tǒng)包含：

-至少一個工作電極(WE)，其中至少一個為所述導(dǎo)電基底-石墨烯-負(fù)載層層壓材料，

-至少一個參比電極(RE)，

-至少一個對電極(CE)，和