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宁波材料所实现石墨烯泡沫的高效和宏量制备

宁波材料所实现石墨烯泡沫的高效和宏量制备

  石墨烯独特的二维晶体结构赋予了其优异的导电性能,以二维石墨烯纳米片作为基本结构单元所构筑的三维宏观的石墨烯泡沫材料具有超高的导电性、比表面积和开孔率,常作为一种多功能性材料应用于储能、污染物吸附、电磁屏蔽、吸波、传感器等领域。

  目前,石墨烯泡沫主流的制备方法包括两种:水热法和模板法。水热法从氧化石墨出发,主要包括四部分:氧化石墨的超声剥离、石墨烯的水热自主装、石墨烯泡沫的干燥(冷冻/超临界CO2干燥)和石墨烯泡沫的退火处理。模板法主要是将CVD法或化学法所制备的石墨烯包覆在金属Ni或PU泡沫的骨架上,而后通过刻蚀或热解牺牲“模板”。尽管上述方法取得了一定的效果,但仍存在操作繁琐、样品干燥难、模板难去除等问题,导致样幸运28品的制备周期较长。因此,开发一种简单、高效、宏量的石墨烯泡沫的制备方法显得尤为必要。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员郑文革课题组在前期低温常压制备石墨烯(J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 50-53)的基础上通过一步烧结法实现了石墨烯泡沫的高效和宏量制备(下图所示)。整个过程可在幸运28数小时内完成,效率较传统的水热和模板法大幅提高。所制备的石墨烯泡沫密度仅为0.02g/cm3,电导率可达130S/m,厚度为0.5mm的该泡沫在X波段(8.2-12.4GHz)的电磁屏蔽效能高达25dB。此外,该石墨烯泡沫对有机溶剂和油污还具有超高的吸附性能,能够吸附其自身重量47-120倍的污染物且具有良好的循环使用性能。相幸运28关结果已经发表于国际学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b0240,并申请中国发明专利201710051316.7。

  上述工作得到了国家自然科学基金(51603218、51473181、51573202)和宁波市自然科学基金(2016A610269)的大力资助。

石墨烯泡沫的制备过程示意图