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西北工业大学官操教授团队和新加坡国立大学丁军教授团队合作《ACS Nano》:开发出一种新型三维石墨烯材料
2020-01-13  来源:高分子科技
关键词:三维石墨烯

  三维石墨烯结构一直以来由于其理想的机械性能,比表面积,以及电传导能力被广泛运用在工程能源环境各领域。但是如何解决大规模生产可设计形状的石墨烯结构一直以来没有得到很好的解决。化学气相沉积法,自从2009年被报导可引入大规模石墨烯制造,成为了很多石墨烯制备的主要方式。通过化学气相沉积法结合多孔材料基板制备的石墨烯结构可以用于各种应用。由于可牺牲的沉积基板的选择会很大程度影响到最终的内部结构,所以在基板制造是很重要的一部分。传统的商用模版,如泡沫金属材料由于其缺少微观孔隙的存在,造成产品机械性能较差;而一些多孔材料基板,则因为宏观结构的设计限制不能达到均匀的生长。

  对此,西北工业大学官操教授团队和新加坡国立大学丁军教授团队合作,提出一种3d打印制备可去除基板的方法。通过引入传统陶瓷烧结造成的微孔以及3d打印设计的复杂结构,制成的石墨烯结构实现了高达994.2 m2/g的比表面积, 2.39 S/cm电导率, 239.7 kPa杨氏模量, 以及可调控的表面性质。这种三维石墨烯材料展现了在传感器,能源存储以及水处理等领域的极大前景。

图1. 三维石墨烯结构的设计思路 (a)宏观多孔结构的基板;(b)微观多孔结构的基板;(c)有层次孔状结构;(d)实验设计思路。

图2. 三维石墨烯结构的 (a) SEM 图像; (b) EDX 图像; (c)TEM 图像; (d) XPS 图谱;(e)XRD 图像;(f)拉曼光谱。 

图3. (a-b) 随着形变三维石墨烯结构电阻改变; (c-d) 电化学性能测试(产氧以及产氢); (e)海水淡化效率; (f) 三维石墨烯结构紫外-可见光光谱。

  以上成果发表在ACS Nano。论文的第一作者为新加坡国立大学博士生徐茜,通讯作者为西北工业大学官操教授和新加坡国立大学材料学院丁军教授John Wang教授

  论文链接:https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b08191

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