清华魏飞张强课题组研制成功无堆积柱撑石墨烯

清华魏飞张强课题组研制成功无堆积柱撑石墨烯

清华新闻网3月6日电（记者龚华）魏飞、张强，清华大学化工系，成功制备了一种自分散无堆积的柱撑石墨烯，可用于大功率、大容量锂硫电池，相关工作于3月3日、2日发表。014年在国际著名学术期刊《自然通讯》上发表了关于无支架双层模板石墨烯高速锂硫电池的专题，并应邀参加了美国纳米技术与科学物理组织（physorg），将纳米沃克作为前沿研究工作进行了介绍，第一作者是赵梦强博士生。化学工程系。

石墨烯是一种二维片状纳米碳材料，具有优异的力学、热学、电学、光学性能和广阔的应用前景，但由于石墨烯之间的强烈相互作用，很容易在石墨烯片的组装过程中堆积形成只有0.334纳米间距的多层石墨烯结构。.这种片材易于堆放，降低了材料的比表面积，限制了其界面的有效利用，大大降低了其在储能、催化、复合材料、电子器件等领域的宏观性能，因此，开发了一种新的概念和有效的方法来提高材料的综合性能。事件石墨烯堆积是最大限度利用石墨烯性质的关键。

柱撑石墨烯结构图表明，当两层石墨烯相互靠近时，石墨烯片上突出的结构起到了柱的作用，防止了这种石墨烯的自发堆积。

为克服纳米材料分散的困难，清华大学化学工程系魏飞、张强研制了一种新型自分散材料柱撑石墨烯，与引入金属氧化物、导电聚合物、炭黑、碳纳米管等绝缘体的想法不同。为了防止层叠，通过催化气相生长和调整石墨烯的结构，得到了具有突起结构的石墨烯，当两层石墨烯相互靠近时，石墨烯片上的突起起到了支柱的作用，从而避免了距离为0.334N的多层石墨烯结构。该方法克服了石墨烯与其它物质杂化所引起的石墨烯体积特性和界面变化的复杂问题，提供了一种具有固有自分散特性和非堆积特性的新型石墨烯，其比表面积高达1628平方米/克，比表面积高达1628平方米/克。大量的介孔直径2-7纳米，孔容高达2.0立方厘米/克，这种无堆积柱撑石墨烯在锂硫电池的储能方面表现出优异的性能，如果将这种材料用作锂硫电池的阴极，锂硫电池的可逆容量为当放电电流密度达到5 C（即放电时间为0.2小时）时，活性硫电极材料上的SED可达到1034 mA/g。与磷酸铁锂（170ma/g）等离子体锂离子电池负极材料相比，活性材料的容量大大提高，即使经过1000次循环，其在电流密度为5C时的可逆容量仍能保持在530 ma/g，与活性炭、多孔炭、碳纳米管、ORdin等碳材料相比。本报告中的柱撑石墨烯具有较好的分散性，易于构建高效的导电网络和光滑的离子通道，储能性能得到了显著提高。所获得的锂硫电池的能量密度和功率密度明显优于商用锂离子电池、电动汽车和个人电子产品，产品和大规模储能具有巨大的应用前景。

张强说，这种无堆积柱撑石墨烯材料有望在环境保护、纳米复合材料、电子器件和人体健康等方面发挥作用，这种基于拓扑结构的无堆积性能不仅限于石墨烯，而且适用于其他三维拓扑药丸的开发。AR结构为纳米材料宏观性能的全面反映提供了新的理论支持。

这项工作由清华大学化学工程系Wei Fei、张蔷完成，国家自然科学基金、科技部、北京市科学技术委员会资助了这项研究。

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