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三维石墨烯材料的宏量制备取得新进展

在各种碳材料中,三维石墨烯作为一类新型轻便多孔碳材料,通常具有交错的多孔结构,巨大的比表面积,较轻的密度,优异的导电性和结构稳定性等优异的性质。正是由于三维石墨烯这些优异的性能使得其在能源储存、场发射、传感器等多个领域有着广泛的应用。然而,三维石墨烯材料容易发生堆叠,造成比表面积偏低;且目前大多数报道的合成三维石墨烯材料的方法都需要高昂的生产成本,复杂的工艺流程和苛刻的生产条件。

最近,中山大学化学化工学院于明浩博士生等人在卢锡洪副教授的指导下,以廉价的石墨纸为原料,利用改进的Hummer法和冷冻干燥技术,实现了性能优良的三维石墨烯材料的一步法宏量制备。与之前制备的方法相比,该方法可以在温和的室温条件下快速进行,从而可以实现大规模的制备。这种由高质量的石墨烯组成的三维材料展现出独特的介孔特性和优异的导电性能,从而使其在电化学储能与催化领域有着潜在的应用。研究结果表明:这种三维石墨烯材料在直接作为超级电容器的电极材料时,表现出高达331.3 F/g的比电容值,是石墨纸比电容值的八倍。与此同时,这种三维石墨烯还可以作为一种有效的三维载体支撑活性电极材料和催化剂。例如:基于三维石墨烯骨架制备的的聚苯胺纳米棒的比电容值高达1341.3 F/g。负载了钯纳米颗粒和铂纳米颗粒的三维石墨烯分别在著名的Suzuki反应和甲醇分解反应中展现了非常好的催化性能。

该研究成功最近发表在著名材料期刊《Adv. Funct. Mater.》上(Minghao Yu, Yongchao Huang, Cheng Li, YinxiangZeng, Wang Wang, Yao Li,Pingping Fang, Xihong Lu,* and Yexiang Tong, Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 324-330. IF =11.805),题为”Building Three-Dimensional Graphene Frameworks for Energy Storage and Catalysis”。上述研究工作得到了童叶翔教授的大力支持和国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的资助。

文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201402964/full

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