清華魏（wèi）飛張強課題組研製成功無堆積柱撐石墨烯

清華魏飛張強課題組研製成功無堆積柱撐石墨烯

清華新聞網3月6日電（記者龔華）魏飛、張強，清華大學化工係，成（chéng）功製備了一種自分散無堆（duī）積的（de）柱撐石墨烯，可用於大功率、大容量鋰硫電池（chí），相關工作於3月3日、2日發表。014年在國際著名學（xué）術期（qī）刊《自然通訊（xùn）》上發（fā）表了關於無支（zhī）架雙層模（mó）板石墨烯高（gāo）速鋰（lǐ）硫電池的專題，並應邀參加了美國納米技術與科學物理組織（physorg），將納米沃克作為前沿研究工作（zuò）進行了介紹，第一作（zuò）者是趙夢強博士生。化（huà）學工程（chéng）係。

石墨烯是（shì）一種二維片狀納米碳材料，具有優異的力學、熱學、電學、光學性能和（hé）廣闊的應用前景，但由於石（shí）墨烯之（zhī）間的強烈相互作用，很容易在石（shí）墨烯片的組裝過程（chéng）中堆積形（xíng）成隻（zhī）有0.334納米間距的（de）多層石墨烯結構。.這種片材易於堆放，降低（dī）了材料的比表麵積，限製了其界麵（miàn）的有效利用，大大（dà）降低了其在儲能（néng）、催化、複合材料、電子（zǐ）器件等領域的宏觀（guān）性能，因此，開發了一種新的（de）概念（niàn）和有效的方法來提（tí）高材料的綜合性能。事件（jiàn）石墨烯堆積是（shì）最大限度利用石墨烯性質的關鍵。

柱撐石墨烯結構圖表明，當兩層石墨烯相互靠（kào）近時，石墨烯（xī）片（piàn）上突出的結構起到了柱的作（zuò）用，防止（zhǐ）了這種石墨烯的自發堆積。

為克服納米材料分散的困難，清華大學化學工（gōng）程係魏飛、張強研製了一種新型自分散材料柱撐（chēng）石墨（mò）烯，與引入金屬氧化物、導電聚合物、炭黑、碳納米管等絕緣體的想法不同。為（wéi）了防止層疊，通過催化氣相生長和調整石墨烯的結構，得（dé）到了具有突起結構的石墨烯（xī），當兩層石墨（mò）烯相（xiàng）互（hù）靠近時，石墨（mò）烯片上的突起起到了支柱的作用，從而避（bì）免了距離為0.334N的多層石墨烯結構。該方法克服了石墨烯與其（qí）它（tā）物質雜化所（suǒ）引起的石（shí）墨烯體積特性和（hé）界麵變（biàn）化的複雜問題，提供了一種具有固（gù）有自分散特性和（hé）非堆積特性的新型石墨烯，其比表麵積高達1628平（píng）方米/克，比表麵積高達1628平方米/克。大量的介孔直徑2-7納米，孔容高達2.0立方厘米/克，這種無堆積柱撐石墨烯在鋰（lǐ）硫電池的儲能方麵表現（xiàn）出優異的性能，如果將這種材料用作（zuò）鋰硫電池的陰極，鋰硫（liú）電（diàn）池的可逆容量為當放電電流密度達到5 C（即放電時間為（wéi）0.2小時）時，活（huó）性硫電極材料上的SED可達（dá）到1034 mA/g。與磷酸鐵（tiě）鋰（170ma/g）等離子體（tǐ）鋰離子電池負極材料（liào）相比，活性材料的（de）容量大大提高，即（jí）使經過（guò）1000次循（xún）環，其在電（diàn）流密度為5C時的可逆容量仍能保持在（zài）530 ma/g，與活性炭、多孔炭、碳納米管、ORdin等碳材料相比。本報告中（zhōng）的柱撐石墨烯具有較好的分散（sàn）性（xìng），易於構建高效的導電網（wǎng）絡和光滑的離子通（tōng）道，儲能性能得到了（le）顯著提高。所獲得的鋰硫電池的能量密度和功率密（mì）度（dù）明顯優於商用鋰離子電池、電動汽車（chē）和個人電子（zǐ）產品，產品和大規模儲能具有巨（jù）大的應用（yòng）前景。

張強說，這種無堆積柱撐石墨烯材（cái）料有望在環境保護（hù）、納米複合材料、電子器件和人體健康等方麵發揮作用，這（zhè）種基於拓撲結構的（de）無堆積性能不僅限於石墨烯，而且適用於其他三維拓撲藥丸的開發（fā）。AR結構為納米材料宏觀性能的全麵反映提供了新的（de）理論支持。

這項工作由清華大學化學工（gōng）程（chéng）係Wei Fei、張薔完成，國家自（zì）然科學基金（jīn）、科技部、北京市（shì）科學技術委員會資助了這項研究。

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