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發(fā)布時間：

2019-05-22

石墨烯是由單層sp2雜化碳原子呈六邊形排列的而組成的一種二維碳材料，具有較大的理論比表面積、較高的本征載流子遷移率、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、室溫下超高的電導(dǎo)率等優(yōu)點。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，石墨烯已逐漸成為吸引力的應(yīng)用材料之一。 石墨烯同時也存在著不足之處，如在數(shù)字電子領(lǐng)域，由于石墨烯的電子之間缺乏帶隙，一旦數(shù)據(jù)傳送之后便很難停止。解決辦法是通過在石墨烯表面打孔形成帶隙或者整合二維石墨烯構(gòu)建具有特定三維結(jié)構(gòu)的石墨烯，形成多孔結(jié)構(gòu)。 多孔石墨烯的制備方法 模板法 模板法根據(jù)模板的組成及特性不同又可分為硬模板法和軟模板法兩種。 硬模板法 通過硬模板法制備多孔石墨烯材料主要涉及以下四個方面：（1）制備硬模板；（2）對模板表面進(jìn)行功能化/改性，以獲得適宜的表面性能；（3）通過各種方法將石墨烯或其衍生物，如氧化石墨烯涂覆在模板上；（4）選擇性去除模板。 硬模板法也存在許多缺點，如產(chǎn)率相對不高，無法實現(xiàn)高產(chǎn)，采用多步合成工藝時限制較大，模板移除時結(jié)構(gòu)堅固性不足等。 軟模板法 軟模板法是碳前驅(qū)體與軟模板之間相互作用進(jìn)行的自組裝反應(yīng)，經(jīng)過高溫碳化、聚合得到多孔石墨烯，其孔結(jié)構(gòu)主要取決于合成條件，如反應(yīng)物比例、溶劑類型和反應(yīng)溫度等，該方法可直接用于合成介孔或大孔石墨烯材料。 相比于硬模板，軟模板本質(zhì)上是在分子層面的合成，利用化學(xué)鍵或親/疏水作用力相互作用的同時構(gòu)造多孔結(jié)構(gòu)，在軟模板法制備多孔石墨烯材料的過程中，起重要作用的是模板與表面活性劑之間的化學(xué)反應(yīng)。 無模板法 無模板法包括刻蝕法、溶劑熱法和化學(xué)氣相沉積法。 刻蝕法 刻蝕法是利用刻蝕劑與石墨烯之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使石墨烯表面的碳原子被反應(yīng)刻蝕以后留下孔結(jié)構(gòu)的一種方法。該方法對于材料的刻蝕具有明顯的選擇性，即刻蝕結(jié)束立刻停止，不會損壞其余層面的材料。 溶劑熱法 溶劑熱法是在特定的高壓反應(yīng)釜中，利用水或有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系，將其加熱至臨界溫度，在高壓反應(yīng)體系中進(jìn)行材料合成的一種方法，該方法極大地減少了環(huán)境污染，并且制備得到的多孔石墨烯材料具有孔徑可控的優(yōu)勢。 化學(xué)氣相沉積法 化學(xué)氣相沉積法制備多孔石墨烯材料的主要過程是將甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w，再使氣態(tài)碳源沉積到固態(tài)體基體表面，制備得到石墨烯，然后在保護(hù)氣體中逐漸升溫，獲得多孔石墨烯材料的一種方法。該方法操作簡單、可大規(guī)模生產(chǎn)，且制得的多孔石墨烯材料結(jié)構(gòu)完整，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。 多孔石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用 電極材料 以多孔石墨烯或復(fù)合材料為電極材料，其高度連通的結(jié)構(gòu)大大促進(jìn)了離子的快速輸運(yùn)，從而使材料呈現(xiàn)出較高容量和功率特性。 環(huán)境吸附材料 多孔石墨烯具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，由于制備方法的差異，表面含有較多的缺陷，能夠較容易引入不同功能團(tuán)。多孔石墨烯及其復(fù)合材料在油/水分離、金屬離子吸附和染料分子去除等方面均有諸多應(yīng)用。 分離領(lǐng)域 通過模型建立和計算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，多孔石墨烯對氫氣（H2）、氮?dú)猓∟2）和硫化氫（H2S）等氣體分子具有較高的滲透性和選擇性，能夠有效分離H2/CH4、CO2/N2和H2S/CH4等混合氣體。 參考資料： 吳蓬勃、王成君等.多孔石墨烯制備及其納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展 曾旸等.多孔石墨烯材料的制備研究進(jìn)展 史鵬、侯朝霞等.多孔石墨烯及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞:

多孔,石墨,模板,材料,方法,制備,具有,結(jié)構(gòu),刻蝕