清華魏飛、張強研討組勝利研制出不重疊柱撐石墨烯 -編號:BR581ig

2015-02-09 11:26 來源：http://m.elinglong.com/ 閱讀：次

Nanowerk（美國納米科技網）：

　　清華消息網3月6日電（通訊員龔華）清華大學化工系魏飛、張強研究組勝利制備出一種具備自疏散、不堆疊特性的柱撐石墨烯，能夠用于高倍率、高容量的鋰硫電池。相干工作于2014年3月3日以《用于高倍率鋰硫電池的不堆疊柱撐石墨烯》（Unstacked double-layer templated graphene for high-rate lithium-sulfur batteries）為題發表在國際有名學術期刊《做作·通信》(Nature Communications)上，并受邀在美國物理學家組織網（PhysOrg）、美國納米技巧與科學網（Nanowerk）作為前沿研究工作進行先容。文章第一作者為化工系博士生趙夢強。

供稿：化工系編纂：欣研襄樺

　　為了攻克納米材料難分散難關，清華大學化工系魏飛、張強研究組發展了柱撐石墨烯這種具有自分散特性的新材料。有別于在石墨烯間層間引入金屬氧化物、導電高分子、炭黑、碳納米管等隔離物以預防堆疊的思路，該課題組通過催化氣相成長調變石墨烯的結構，失掉了具有崛起結構的石墨烯。當兩層石墨烯瀕臨時，石墨烯片上的凸起起到柱撐功效，從而防止石墨烯堆疊造成層間距0.334納米的多層石墨烯結構。這種辦法戰勝了石墨烯與其余物資雜化所帶來的石墨烯本體性能及界面轉變等龐雜問題，提供了一種具有本征自分散特性、不堆疊的新型石墨烯。這種石墨烯的比表面積高達1628 平方米/克，具有大批孔徑在2-7納米的介孔，孔體積高達2.0 破方厘米/克。這種不堆疊的柱撐石墨烯在鋰硫電池儲能中體現了優異的性能。假如將該材料用于鋰硫電池正極，在放電電流密度高達5 C時（即電池0.2小時放電結束），鋰硫電池基于活性硫電極材料的可逆容量可高達1034 毫安時/克，比擬磷酸鐵鋰（170 毫安時/克）等鋰離子電池正極材料，其活性材料容量大幅度進步。即便在輪回1000次后，其在5 C的電流密度下的可逆容量仍可堅持530 毫安時/克。對照活性炭、多孔碳、碳納米管、一般石墨烯等碳材料，該報道中的柱撐石墨烯分散性更好,清華財務管理，更容易構建高效導電網絡及暢通的離子通道，使其儲能性能得到顯著晉升，所得的鋰硫電池的能量密度、功率密度明顯優于已有的商用鋰離子電池，在電動汽車、個人電子產品以及大范圍儲能中具有宏大潛在應用前景。

　　石墨烯是一種二維片狀納米碳材料，存在優良的力學、熱學、電學、光學性能以及普遍的利用遠景。但石墨烯間較強的彼此作用導致其輕易堆疊，多片石墨烯放在一起時易構成層間距僅有0.334納米的多層石墨烯構造。這種片狀材料易重疊的特征下降了材料的比名義積，限度其界面的高效應用，從而使其在儲能、催化、復合資料、電子器件等范疇運用時宏觀機能大打折扣。因而，發展一類避免石墨烯堆疊的新概念與有效方式是增進石墨烯性能利用最大化的要害。

　　國外科技媒體報道鏈接：

清華魏飛、張強研究組成功研制出不堆疊柱撐石墨烯

　　張強表現，這種不堆疊的柱撐石墨烯材料還有望在環境維護、納米復合材料、電子器件及個人健康等方面取得有效應用。這種基于拓撲結構引發的不堆疊特性并不局限于石墨烯，也實用于發展其它擁有三維拓撲柱撐結構，從而為納米材料的宏觀特性得到充足體現供給了新原理支撐。

圖為柱撐石墨烯結構示用意，該圖表示：當兩層石墨烯靠近時，石墨烯片上的突出結構起到柱撐功能，從而防止此類石墨烯自發堆疊。

　　此項工作由清華大學化工系魏飛、張強課題組實現。國度天然迷信基金委員會、科技部、北京市科委贊助了此項研討。

PhysOrg（英國物理組織網）：