Efficient Production of Graphene through a Partially Frozen Suspension Exfoliation Process: An Insight into the Enhanced Interaction Based on Solid–Solid Interfaces

石墨烯 悬挂(拓扑) 剥脱关节 材料科学 过程(计算) 纳米技术 化学工程 计算机科学 工程类 同伦 数学 操作系统 纯数学
作者
Kaixiang Pang,Xiaoke Fang,Chuanren Ye,Yuanhui Wang,Linlin Zhao,Chunhong Gong,Shuaishuai Zhou,Gai Zhao,Jianglin Ye,Jingwei Zhang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (44): 14102-14108 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04329
摘要

Liquid phase exfoliation (LPE) offers a promising path for scalable graphene production, but struggles with high energy consumption and low yield, with over 99.99% of the input energy wasted. Here, we present an energy-efficient approach for producing graphene via partially frozen-suspension exfoliation (PFE). As opposed to traditional liquid-solid interfaces, the solid-solid interface enhances shear strength between the frozen solvent and graphite from about 40 N m-2 to 105 N m-2. Additionally, the suspension flow transitions from turbulent to laminar, aligning graphite parallel to the flow direction and conducive to the effective utilization of shear force. Compared to conventional liquid-phase exfoliation (LPE), PFE improves energy efficiency by 102∼103 times. Furthermore, a production rate of 5 g h-1 has been achieved in a 10 L tank at an ultralow shear rate of 3 × 102 s-1.

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