清華魏飛、張強(qiáng)研討組勝利研制出不重疊柱撐石墨烯 -編號(hào):BR581ig

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

Nanowerk（美國納米科技網(wǎng)）：

　　清華消息網(wǎng)3月6日電（通訊員龔華）清華大學(xué)化工系魏飛、張強(qiáng)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(fā)表在國際有名學(xué)術(shù)期刊《做作·通信》(Nature Communications)上，并受邀在美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（PhysOrg）、美國納米技巧與科學(xué)網(wǎng)（Nanowerk）作為前沿研究工作進(jìn)行先容。文章第一作者為化工系博士生趙夢強(qiáng)。

供稿：化工系編纂：欣研襄樺

　　為了攻克納米材料難分散難關(guān)，清華大學(xué)化工系魏飛、張強(qiáng)研究組發(fā)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(dǎo)電高分子、炭黑、碳納米管等隔離物以預(yù)防堆疊的思路，該課題組通過催化氣相成長調(diào)變石墨烯的結(jié)構(gòu)，失掉了具有崛起結(jié)構(gòu)的石墨烯。當(dāng)兩層石墨烯瀕臨時(shí)，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(jié)構(gòu)。這種辦法戰(zhàn)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(zhuǎn)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(dá)1628 平方米/克，具有大批孔徑在2-7納米的介孔，孔體積高達(dá)2.0 破方厘米/克。這種不堆疊的柱撐石墨烯在鋰硫電池儲(chǔ)能中體現(xiàn)了優(yōu)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(dá)5 C時(shí)（即電池0.2小時(shí)放電結(jié)束），鋰硫電池基于活性硫電極材料的可逆容量可高達(dá)1034 毫安時(shí)/克，比擬磷酸鐵鋰（170 毫安時(shí)/克）等鋰離子電池正極材料，其活性材料容量大幅度進(jìn)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(jiān)持530 毫安時(shí)/克。對照活性炭、多孔碳、碳納米管、一般石墨烯等碳材料，該報(bào)道中的柱撐石墨烯分散性更好,清華財(cái)務(wù)管理，更容易構(gòu)建高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)及暢通的離子通道，使其儲(chǔ)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(yōu)于已有的商用鋰離子電池，在電動(dòng)汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品以及大范圍儲(chǔ)能中具有宏大潛在應(yīng)用前景。

　　石墨烯是一種二維片狀納米碳材料，存在優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能以及普遍的利用遠(yuǎn)景。但石墨烯間較強(qiáng)的彼此作用導(dǎo)致其輕易堆疊，多片石墨烯放在一起時(shí)易構(gòu)成層間距僅有0.334納米的多層石墨烯構(gòu)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(yīng)用，從而使其在儲(chǔ)能、催化、復(fù)合資料、電子器件等范疇運(yùn)用時(shí)宏觀機(jī)能大打折扣。因而，發(fā)展一類避免石墨烯堆疊的新概念與有效方式是增進(jìn)石墨烯性能利用最大化的要害。

　　國外科技媒體報(bào)道鏈接：

清華魏飛、張強(qiáng)研究組成功研制出不堆疊柱撐石墨烯

　　張強(qiáng)表現(xiàn)，這種不堆疊的柱撐石墨烯材料還有望在環(huán)境維護(hù)、納米復(fù)合材料、電子器件及個(gè)人健康等方面取得有效應(yīng)用。這種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引發(fā)的不堆疊特性并不局限于石墨烯，也實(shí)用于發(fā)展其它擁有三維拓?fù)渲鶕谓Y(jié)構(gòu)，從而為納米材料的宏觀特性得到充足體現(xiàn)供給了新原理支撐。

圖為柱撐石墨烯結(jié)構(gòu)示用意，該圖表示：當(dāng)兩層石墨烯靠近時(shí)，石墨烯片上的突出結(jié)構(gòu)起到柱撐功能，從而防止此類石墨烯自發(fā)堆疊。

　　此項(xiàng)工作由清華大學(xué)化工系魏飛、張強(qiáng)課題組實(shí)現(xiàn)。國度天然迷信基金委員會(huì)、科技部、北京市科委贊助了此項(xiàng)研討。

PhysOrg（英國物理組織網(wǎng)）：