不用表面活性剂，如何使单层石墨烯在水中的均匀分散呢？

在过去的十多年里，在水溶液中大批量制备无表面活性剂的单层石墨烯一直是材料科学家梦寐以求的愿望。然而由于石墨烯表面的疏水性，很难均匀分地散到水中，容易团聚，因此也限制了石墨烯的应用发展。

传统的液相剥离法制备石墨烯通常以石墨或膨胀石墨为原料，通过将石墨夹层化合物分散在某种有机溶剂或水中，并借助超声波、加热或气流的作用剥离得到单层或多层石墨烯溶液。这种方法制备石墨烯具有成本低、操作简单等优点，但也存在产率不高、片层团聚严重、长时间超声造成石墨烯大量结构缺陷、需要引入较多表面活性剂或者表面活化物等缺点，使得这种制备方法受到很大的制约。

法国科学院CentredeRecherchéPaulPascal（CRPP）的AlainPénicaud和CarlosDrummond等人在NatureChemistry杂志上发表文章，通过液相剥离的方法简单而有效地制备得到了能够分散在水中的单层石墨烯，不需要添加任何表面活性剂，且可以在空气中长时间稳定存在。

在惰性气氛中将石墨钾溶解于四氢呋喃THF中形成单层负电石墨烯聚离子，随后通过暴露在空气中在THF内将负电石墨烯离子氧化为石墨烯，然后迅速转移到脱气的水中，在空气中暴露的过程形成过氧化物阳离子和中性石墨烯。在正常的实验条件下，溶于水中的气体吸附在石墨烯表面导致分散的个体之间产生长程吸引力，从而促进团聚。相反的如果对水进行脱气处理，水离子已经吸附在石墨烯的表面了，这种吸附使得分散的石墨烯层片带有一定的电荷，静电排斥作用可以使石墨烯片的分散状态保持稳定。

总的来说，在脱气的水中，因为石墨烯片之间的弥散的吸引力很小和静电排斥稳定性，石墨烯在脱气水中的再聚集会急剧减慢。由于负电石墨烯氧化和水分解作用使得OH--离子自发吸附在石墨烯表面，石墨烯在水中带电。当两片石墨烯相遇时会产生排斥作用。因此石墨烯可以有效的分散在水中，浓度达到0.16g/L，并且可以稳定存放几个月的时间。

随后，研究者通过拉曼光谱、中子散射光谱和原子力显微镜（AFM）等测试，拉曼光谱中的石墨烯的2D特征峰、AFM测试的石墨烯片层的厚度等都证实了剥离得到的石墨烯为单层石墨烯，且缺陷较少。由此制备的石墨烯薄膜导电率高达32KS?m-1，可以满足器件的制备要求。

研究者总结了此项研究的意义：

（1）单层石墨烯可以有效地分散在水溶液中，无需添加任何表面活性剂，石墨烯展开面积可达400m2·L-1，并且可以稳定存在数月。这种方法可以借鉴到其他二维材料的制备过程中。

（2）拉曼光谱对石墨烯的2D峰检测敏感度很高，可以用来检验石墨烯水溶液。

（3）良好的分散性可以拓展石墨烯的应用，诸如药物载体、毒理学研究、复合材料、电化学催化剂、3D结构超级电容器等等。

（4）单层石墨烯分散在水中为研究疏水表面和水的相互作用关系提供了试验模型。

其实，石墨夹层化合物及石墨插层反应已有很长的研究历史，仅KC8液相剥离制备石墨烯就有数篇文献报道。探索新型插层反应以及扩展化合物的类型，无论对材料的制备还是反应动力学的研究都有着重要的意义。