CVD 法制备三维石墨烯的电化学储能性能

维石墨烯是由二维石墨烯构成的三维网络结构,多孔的网络结构赋予了三维石墨烯超大的比表面积、超高的机械强度以及优异的电子传输通道. 因其优异的性能,三维石墨烯及其复合材料已经广泛地应用于能源、化学和生物等研究领域. 在三维石墨烯的合成方法中,化学气相沉积法由于制备的三维石墨烯具有高纯度、良好结晶性和优异的机械性能而备受推崇. 本文结合当前研究热点,综述了化学气相沉积法制备三维石墨烯及其复合材料在电化学储能领域（铝电池、锂离子电池、锂-硫电池、钠离子电池、金属-空气电池、超级电容器）中的应用,并简要评述当前化学气相沉积法制备三维石墨烯在应用中所面临的挑战及发展前景.     

石墨烯空心微球制备方法的研究进展

石墨烯被认为是一种颇具潜力的新型材料,具有优异的导电性能、力学性能以及大的比表面积,但石墨烯极易因为片层间的分子间作用力以及π-π作用而发生堆叠团聚。 构筑三维空心微球结构不仅能够有效阻止石墨烯片团聚,从而保证大的比表面积与优异的性质,还具有结构规整、尺寸可调的独特优势。 本文对近年来石墨烯空心微球的制备方法进行了阐述,主要按照模板法与无模板法两大类进行了整理与分析,又将模板法分为硬模板法与软模板法两类来叙述,对石墨烯空心微球的制备过程中应用到的多种技术进行了介绍与举例,并分别对硬模板法、软模板法、无模板法各自的优缺点进行了分析与总结。     

聚合物基超疏水材料制备技术的研究进展

聚合物基超疏水材料由于制备工艺简单、制备方法多样,正逐步成为最主要的仿生疏水材料,为工农业生产和人们的日常生活带来极大的便利。文章综述了聚合物基超疏水材料制备技术的最新研究进展,介绍了国内外有关聚合物基超疏水材料的制备工艺和制备方法,包括模板法(生物模板法、多孔阳极氧化铝法、多孔CO2微球层模板法)、化学气相沉积法、蒸汽诱导相分离法、电纺法、激光和等离子刻蚀法等,并指出了今后超疏水材料将面临的挑战。     

激光诱导三维网状石墨烯的一步法制备及应用

三维多孔石墨烯作为一种优异的石墨烯碳材料, 其独特的多孔结构使得材料在具有较大比表面积的同时还保持着足够高的电子迁移率和机械稳定性, 在电子器件中得到了广泛的应用. 本文介绍的激光诱导石墨烯是一种以一步法直接制备得到的三维网状石墨烯材料, 该技术将三维石墨烯的制备和图案化相结合, 无需进行湿化学反应处理, 制作方法更简便, 材料性能更优异. 目前研究主要集中在通过掺杂提高性能和利用转移法实现不同基底器件的制备. 激光诱导石墨烯自身特有的属性如多孔微纳米结构和大的比表面积等使其在超级电容器和传感器等领域拥有较高的应用价值.     

生物质羟基磷灰石作为模板制备三维石墨烯（英文）

三维石墨烯(3DG)被广泛研究用于能量存储和转换器件中的导电框架材料。化学气相沉积(CVD)是制备品质三维石墨烯的重要方法,其中选择合适的模板材料对于调控石墨烯形貌和成本至关重要。在此,本文使用牛骨灰这一廉价易得的生物废弃物作为CVD模板,制备了高品质三维石墨烯。这种三维石墨烯表现出"双连续"的微观结构,即石墨烯框架及其空隙均是连续的,因而可以作为导电框架材料用于电化学储能器件。我们将硫均匀负载于三维石墨烯作为高性能锂-硫电池的正极材料,其在高倍率(2C)下具有约550 mAh·g~(-1)的高比容量。此外,将牛骨灰模板蚀刻后所得溶液可作为原料用于磷酸生产,实现了高的原子利用率。这一工作将石墨烯制备与成熟的磷化工产业结合,发展了一种低成本、高原子经济性地制备三维石墨烯的新途径。     

三维多孔泡沫石墨烯的制备与应用研究进展

泡沫石墨烯是一种新型的碳基化工材料,具有独特的三维连通网络结构和优异的力学、热学、电学和化学稳定性能。本文综述了三维多孔泡沫石墨烯的制备与应用研究进展,主要介绍其水热法和化学气相沉淀制备法以及其作为催化材料、检测材料及电极材料的应用研究现状,并探讨了该领域亟待解决的重要问题和未来发展前景。     

三维石墨烯-聚合物复合材料制备方法研究进展

石墨烯是一种具有蜂窝状结构的二维纳米碳材料,具有高的比表面积、优异的导电/热性和理想的机械强度,因而被广泛用作聚合物基复合材料的增强填料。将二维石墨烯片构筑成三维石墨烯,既能充分发挥二维石墨烯片的性质,又能具备三维材料的特性。聚合物填充三维石墨烯制备的实心三维石墨烯-聚合物复合材料(Three-Dimensional Graphene-Polymer Composites,3DGPCs),可实现石墨烯在基体中的均匀分散,制备具有优异力学性能的导电、导热复合材料。以石墨烯三维网络为骨架制备的多孔3DGPCs具有高孔隙率、大比表面积和高电子传输能力等特性,可广泛应用于能量存储、环境保护、传感、电磁屏蔽和油污清理等领域。本文综述了3DGPCs的制备方法,并评述了制备3DGPCs所面临的挑战及发展前景。     

纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展

可穿戴设备的兴起使得对柔性器件的需求日益提高,柔性导电材料作为可穿戴器件的重要组成部分而成为研究的热点。传统的电极材料主要是金属,因金属材料本身不具有柔性,一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用,其加工程序复杂,成本较高。以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来纳米碳材料在柔性导电材料领域的研究进展,首先介绍了碳纳米管基柔性导电材料,分别包括基于碳纳米管水平阵列、碳纳米管垂直阵列、碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维的柔性导电材料;继而介绍了石墨烯基柔性导电材料,包括基于剥离法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的石墨烯以及石墨烯纤维基柔性导电材料;并简述了碳纳米管/石墨烯复合柔性导电材料;最后论述了纳米碳材料基柔性导电材料所面临的挑战并展望了其未来发展方向。     

六方氮化硼气凝胶的制备及其导热和吸附性能的研究进展

六方氮化硼(h-BN)是一种类石墨结构的材料,因其具有优异的机械强度、较宽的带隙、较强的高温抗氧化性、优异的电绝缘性和突出的导热性而吸引了无数科研人员的青睐.但是,纳米尺度的h-BN分散性较差且极易团聚,影响其广泛应用. h-BN基气凝胶具有稳定的三维网络结构,低密度,可以作为高导热性超轻材料或导热聚合物添加剂.此外, h-BN基气凝胶具有可调的开放孔隙结构,高比表面积和可压缩性,可以作为理想的吸附材料,用于吸附空气或水中的有毒气体、重金属离子或者有机污染物等.本文结合国内外研究进展,归纳了h-BN基气凝胶的制备方法,如冷冻干燥法、化学气相沉积法、辅助模板法和复合交联法等,并对其在导热和吸附方面的应用作了详细的介绍.     

三维石墨烯材料制备方法的研究进展

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因其众多独特而优异的理化特性,已成为近年来材料科学领域中最耀眼的明星材料。整合二维(2D)石墨烯形成具有微纳米结构的三维(3D)石墨烯材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性。近期研究发现,基于3D石墨烯构建的功能器件在储能、环境、传感及生物分析领域表现出更为突出的性能。因而,制备新型3D石墨烯材料已成为当前石墨烯化学的研究热点。目前3D石墨烯材料的制备方法主要包括溶液自组装、界面自组装、模板介导合成法等。通过改变原材料或制备方法,可以有效调控3D石墨烯柔韧性、多孔性、活性面积、电子传递速度及传质等性能。本文介绍了当前3D石墨烯材料制备方法的研究进展,并简要评述3D石墨烯材料制备研究中所面临的挑战及应用前景。     

Robust Aqua Material: A Pressure‐Resistant Self‐Assembled Membrane for Water Purification

“Aqua materials” that contain water as their major component and are as robust as conventional plastics are highly desirable. Yet, the ability of such systems to withstand harsh conditions, for example, high pressures typical of industrial applications has not been demonstrated. We show that a hydrogel‐like membrane self‐assembled from an aromatic amphiphile and colloidal Nafion is capable of purifying water from organic molecules, including pharmaceuticals, and heavy metals in a very wide range of concentrations. Remarkably, the membrane can sustain high pressures, retaining its function. The robustness and functionality of the water‐based self‐assembled array advances the idea that aqua materials can be very strong and suitable for demanding industrial applications.     

Synthesis and electrochemical performances of amorphous carbon-coated Sn–Sb particles as anode material for lithium-ion batteries

The amorphous carbon coating on the Sn–Sb particles was prepared from aqueous glucose solutions using a hydrothermal method. Because the outer layer carbon of composite materials is loose cotton-like and porous-like, it can accommodate the expansion and contraction of active materials to maintain the stability of the structure, and hinder effectively the aggregation of nano-sized alloy particles. The as-prepared composite materials show much improved electrochemical performances as anode materials for lithium-ion batteries compared with Sn–Sb alloy and carbon alone. This amorphous carbon-coated Sn–Sb particle is extremely promising anode materials for lithium secondary batteries and has a high potentiality in the future use.     

Synthesis of poly{[bis(diethynylphenyl)silylene]phenylene}s with highly heat-resistant properties and an application to conducting materials

Poly{[bis(3,5-diethynylphenyl)silylene]-p-phenylene} was prepared by the reaction of poly[(diethoxysilylene)-p-phenylene] with 3,5-bis(trimethylsilylethynyl)phenyllithium, followed by desilylation of the resulting substitution product. The present polymer exhibited extremely high heat-resistance and their thermogravimetric analysis (TGA) in a nitrogen atmosphere showed the temperature of 5% weight loss (Td₅) of 791 °C. Total weight loss at 1000 °C in TGA was determined to be 6% based on the initial weight. Treatment of a polymer film on a quartz plate at 1200 °C in vacuo led to the formation of a conducting thin film with a thickness of 74 nm and a conductivity of 9 S/cm.     

A 3D Organically Synthesized Porous Carbon Material for Lithium‐Ion Batteries

We report the first organically synthesized sp–sp³ hybridized porous carbon, OSPC‐1. This new carbon shows electron conductivity, high porosity, the highest uptake of lithium ions of any carbon material to‐date, and the ability to inhibit dangerous lithium dendrite formation. The new carbon exhibits exceptional potential as anode material for lithium‐ion batteries (LIBs) with high capacity, excellent rate capability, long cycle life, and potential for improved safety performance.     

Se-directed synthesis of polymeric carbon nitride with potential applications in heavy metal-containing industrial sewage treatment

By calcining melamine at 500 °C with selenium powder as the structure director, polymeric carbon nitride could be prepared with enhanced specific surface area and mesoporous volume. Compared with the material fabricated without Se, this cost-effective Se-incorporated PCN (PCN-Se) could adsorb heavy metals (such as Ni, Cu and Pb) much more efficiently. Materials characterizations such as SEM, TEM and XPS demonstrated that the enlarged specific surface area and total mesoporous volume as well as the interaction of the incorporated Se with the metals via coordination should be the promoting factors for the advanced performances of the novel materials.     

高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计与制备及其应用

传统的高折射率聚合物光学材料,可以通过向聚合物中引入一些芳香环,含硫基团以及除氟以外的其他卤素原子来提高聚合物光学材料的折射率,但是就目前的研究现状来看,这类纯聚合物光学材料的折射率一般都低于1.8.而将具有高折射率的无机纳米粒子引入到聚合物中,所制备的聚合物-无机纳米光学材料的折射率能够达到1.8以上.而且这类高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料同时具有高分子光学材料和无机材料的双重优点,具有广泛的应用前景.鉴于当前高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料发展之迅速和其研究与开发的重要性,并结合目前国内外的研究现状,本文就高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计、制备方法及其相关应用做一个比较系统的介绍,同时对这类材料在未来研究中所应注意的问题也提出了相应的看法.