三维石墨烯基材料的制备、结构与性能

石墨烯具有单层碳原子组成的六方晶系晶体结构及独特的电学、化学、力学和热学性质。然而,由于石墨烯片层之间较强的π-π键和范德华力,导致易团聚或堆积,使其比表面积大幅减小,严重损害其性能。解决上述问题的最有效方法之一是构建具有多孔结构的三维石墨烯基材料,不仅保留了石墨烯优秀的导电性能和力学性能等本征特性,而且获得密度低、比表面积大、孔隙率高等结构优点,进而满足吸附剂、催化剂载体、生物传感器及电池与超级电容器电极材料等先进功能材料领域的应用需要。因此,开发三维石墨烯基材料的先进制备方法成为本领域研究的热点方向。本文综述了三维石墨烯基材料的现有制备方法,包括自组装法(水热还原法、化学还原法及冷冻干燥法)、模板法(胶体模板法、模板辅助化学气相沉积法及模板辅助水热还原法)和3D打印法(直写成型法、喷墨打印法、熔融沉积成型法、光固化成型法、选区激光烧结法及选区激光熔融法),总结了上述方法的优点及当前存在的主要问题,并且对三维石墨烯基材料制备技术的发展方向进行了展望。

三维石墨烯基复合材料作为超级电容器电极的研究进展

石墨烯由于其良好的导电性、较大的比表面积、较高的质量和面积比容量,从而成为理想的超级电容器电极材料.然而在实际应用中,石墨烯片层之间极易发生团聚,显著降低其电化学存储性能.将二维的单原子层石墨烯组装成三维宏观结构是石墨烯获得实际应用的最佳途径之一.而碳材料仅能提供双层电容,能提供的比容量和能量密度依然有限,因此引入其他物质构筑三维石墨烯基复合材料成为一种合理的选择.本文主要介绍了使用不同的方法制备三维石墨烯基复合材料,包括三维石墨烯材料、三维石墨烯-碳纳米管材料、三维石墨烯-金属氧化物材料及三维石墨烯-导电聚合物材料,并对三维石墨烯基复合材料应用于超级电容器电极的发展前景及面临的挑战进行了探讨.