清華魏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，成功製備了一種自分散無堆積的柱撐石墨烯，可用於(yu) 大功率、大容量鋰硫電池，相關(guan) 工作於(yu) 3月3日、2日發表。014年在國際著名學術期刊《自然通訊》上發表了關(guan) 於(yu) 無支架雙層模板石墨烯高速鋰硫電池的專(zhuan) 題，並應邀參加了美國納米技術與(yu) 科學物理組織（physorg），將納米沃克作為(wei) 前沿研究工作進行了介紹，第一作者是趙夢強博士生。化學工程係。

石墨烯是一種二維片狀納米碳材料，具有優(you) 異的力學、熱學、電學、光學性能和廣闊的應用前景，但由於(yu) 石墨烯之間的強烈相互作用，很容易在石墨烯片的組裝過程中堆積形成隻有0.334納米間距的多層石墨烯結構。.這種片材易於(yu) 堆放，降低了材料的比表麵積，限製了其界麵的有效利用，大大降低了其在儲(chu) 能、催化、複合材料、電子器件等領域的宏觀性能，因此，開發了一種新的概念和有效的方法來提高材料的綜合性能。事件石墨烯堆積是最大限度利用石墨烯性質的關(guan) 鍵。

柱撐石墨烯結構圖表明，當兩(liang) 層石墨烯相互靠近時，石墨烯片上突出的結構起到了柱的作用，防止了這種石墨烯的自發堆積。

為(wei) 克服納米材料分散的困難，清華大學化學工程係魏飛、張強研製了一種新型自分散材料柱撐石墨烯，與(yu) 引入金屬氧化物、導電聚合物、炭黑、碳納米管等絕緣體(ti) 的想法不同。為(wei) 了防止層疊，通過催化氣相生長和調整石墨烯的結構，得到了具有突起結構的石墨烯，當兩(liang) 層石墨烯相互靠近時，石墨烯片上的突起起到了支柱的作用，從(cong) 而避免了距離為(wei) 0.334N的多層石墨烯結構。該方法克服了石墨烯與(yu) 其它物質雜化所引起的石墨烯體(ti) 積特性和界麵變化的複雜問題，提供了一種具有固有自分散特性和非堆積特性的新型石墨烯，其比表麵積高達1628平方米/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硫電池的儲(chu) 能方麵表現出優(you) 異的性能，如果將這種材料用作鋰硫電池的陰極，鋰硫電池的可逆容量為(wei) 當放電電流密度達到5 C（即放電時間為(wei) 0.2小時）時，活性硫電極材料上的SED可達到1034 mA/g。與(yu) 磷酸鐵鋰（170ma/g）等離子體(ti) 鋰離子電池負極材料相比，活性材料的容量大大提高，即使經過1000次循環，其在電流密度為(wei) 5C時的可逆容量仍能保持在530 ma/g，與(yu) 活性炭、多孔炭、碳納米管、ORdin等碳材料相比。本報告中的柱撐石墨烯具有較好的分散性，易於(yu) 構建高效的導電網絡和光滑的離子通道，儲(chu) 能性能得到了顯著提高。所獲得的鋰硫電池的能量密度和功率密度明顯優(you) 於(yu) 商用鋰離子電池、電動汽車和個(ge) 人電子產(chan) 品，產(chan) 品和大規模儲(chu) 能具有巨大的應用前景。

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

這項工作由清華大學化學工程係Wei Fei、張薔完成，國家自然科學基金、科技部、北京市科學技術委員會(hui) 資助了這項研究。

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