AFM:石墨烯和多孔石墨烯材料的化學及其應用前景

2020-11-25 騰訊網

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道構成六角型蜂巢狀晶格的二維碳納米材料，具有高比表面積、高楊氏模量、高電子遷移率和優異導熱率等理化性質。石墨烯是我國「十三五」重點發展新材料之一，被列為先進基礎材料、關鍵戰略材料和前沿新材料，在新能源、國家安全、航空航天、信息技術等領域具有重要應用前景。其中，氧化石墨烯和還原氧化石墨烯是兩種典型的含有氧化基團和缺陷的單層石墨烯衍生物，可以通過sp、sp2和sp3雜化軌道與許多不同的原子鍵合，從而獲得不同孔結構的石墨烯材料。特別是，多孔石墨烯材料可有效結合多孔材料和石墨烯的優點，不僅具有高比表面積、豐富孔隙，而且可以實現離子快速傳輸，在能源、催化、分離等領域受到廣泛關注。因此，理解石墨烯和多孔石墨烯材料的化學本徵性質、成孔內在機制及其功能應用角色，對未來設計和構築新型石墨烯和多孔石墨烯材料，實現其在催化、能源、環境等應用具有重要的科學意義和應用價值。

圖1.石墨烯的化學與重要應用

最近，中科院大連化學物理研究所吳忠帥研究員及其團隊與中科院金屬研究所、清華-伯克利深圳學院成會明院士合作，系統綜述了石墨烯和多孔石墨烯材料的化學和應用前景。該論文首先詳細介紹了石墨烯的表界面化學、組裝化學和功能化學，重點總結了不同多孔石墨烯材料包括面內造孔，二維層狀孔、三維組裝孔材料的構築方法，揭示了不同孔結構的調控機制和表面化學修飾的重要性。其次，深入討論了不同石墨烯和多孔石墨烯材料在超級電容器、二次電池、電催化、海水淡化、氣體分離等重要應用中的化學作用和構效關係，強調了多孔石墨烯材料具備石墨烯和多孔材料的雙重優勢。最後，討論了石墨烯和多孔石墨烯材料所面臨的挑戰，從仿生化學、組裝化學、表界面化學等角度提出了可能的解決方案和發展策略。該綜述論文可為深入理解石墨烯和多孔石墨烯的化學性質提供科學指導，並為其可控制備、理性構建及重要應用提供新的啟示。相關論文「The Chemistry and Promising Applications of Graphene and Porous Graphene Materials」發表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201909035)上。

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  • 石墨烯應用概述
    [1]許士才, 石墨烯的製備、表徵及光電性質應用研究[D]. 山東師範大學, 2014. [2]陳武峰, 石墨烯材料的化學調控、組裝及其性能研究[D]. 中國科學技術大學, 2014. [3]吳志乾. 石墨烯及二維半導體異質光電器件研究[D]. 浙江大學, 2019.[4]呂曉麗, 肖榮林, 李克倫, 蘇豔敏, 吳浩波, 王文婧, 馬衛平, 張文發.
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  • 石墨烯納米材料應用
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