在過去的十多年里，在水溶液中大批量制備無表面活性劑的單層石墨烯一直是材料科學家夢寐以求的愿望。然而由于石墨烯表面的疏水性，很難均勻分地散到水中，容易團聚，因此也限制了石墨烯的應用發(fā)展。

傳統(tǒng)的液相剝離法制備石墨烯通常以石墨或膨脹石墨為原料，通過將石墨夾層化合物分散在某種有機溶劑或水中，并借助超聲波、加熱或氣流的作用剝離得到單層或多層石墨烯溶液。這種方法制備石墨烯具有成本低、操作簡單等優(yōu)點，但也存在產(chǎn)率不高、片層團聚嚴重、長時間超聲造成石墨烯大量結(jié)構(gòu)缺陷、需要引入較多表面活性劑或者表面活化物等缺點，使得這種制備方法受到很大的制約。

法國科學院CentredeRecherchéPaulPascal（CRPP）的AlainPénicaud和CarlosDrummond等人在NatureChemistry雜志上發(fā)表文章，通過液相剝離的方法簡單而有效地制備得到了能夠分散在水中的單層石墨烯，不需要添加任何表面活性劑，且可以在空氣中長時間穩(wěn)定存在。

在惰性氣氛中將石墨鉀溶解于四氫呋喃THF中形成單層負電石墨烯聚離子，隨后通過暴露在空氣中在THF內(nèi)將負電石墨烯離子氧化為石墨烯，然后迅速轉(zhuǎn)移到脫氣的水中，在空氣中暴露的過程形成過氧化物陽離子和中性石墨烯。在正常的實驗條件下，溶于水中的氣體吸附在石墨烯表面導致分散的個體之間產(chǎn)生長程吸引力，從而促進團聚。相反的如果對水進行脫氣處理，水離子已經(jīng)吸附在石墨烯的表面了，這種吸附使得分散的石墨烯層片帶有一定的電荷，靜電排斥作用可以使石墨烯片的分散狀態(tài)保持穩(wěn)定。

總的來說，在脫氣的水中，因為石墨烯片之間的彌散的吸引力很小和靜電排斥穩(wěn)定性，石墨烯在脫氣水中的再聚集會急劇減慢。由于負電石墨烯氧化和水分解作用使得OH--離子自發(fā)吸附在石墨烯表面，石墨烯在水中帶電。當兩片石墨烯相遇時會產(chǎn)生排斥作用。因此石墨烯可以有效的分散在水中，濃度達到0.16g/L，并且可以穩(wěn)定存放幾個月的時間。

隨后，研究者通過拉曼光譜、中子散射光譜和原子力顯微鏡（AFM）等測試，拉曼光譜中的石墨烯的2D特征峰、AFM測試的石墨烯片層的厚度等都證實了剝離得到的石墨烯為單層石墨烯，且缺陷較少。由此制備的石墨烯薄膜導電率高達32KS?m-1，可以滿足器件的制備要求。

研究者總結(jié)了此項研究的意義：

（1）單層石墨烯可以有效地分散在水溶液中，無需添加任何表面活性劑，石墨烯展開面積可達400m2·L-1，并且可以穩(wěn)定存在數(shù)月。這種方法可以借鑒到其他二維材料的制備過程中。

（2）拉曼光譜對石墨烯的2D峰檢測敏感度很高，可以用來檢驗石墨烯水溶液。

（3）良好的分散性可以拓展石墨烯的應用，諸如藥物載體、毒理學研究、復合材料、電化學催化劑、3D結(jié)構(gòu)超級電容器等等。

（4）單層石墨烯分散在水中為研究疏水表面和水的相互作用關系提供了試驗模型。

其實，石墨夾層化合物及石墨插層反應已有很長的研究歷史，僅KC8液相剝離制備石墨烯就有數(shù)篇文獻報道。探索新型插層反應以及擴展化合物的類型，無論對材料的制備還是反應動力學的研究都有著重要的意義。