中國電工所宏量制備多孔石墨烯取得突破

由英國科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫等人于2004年制備出的石墨烯，因其具有優異的導電性和巨大的理論比表面積，在電化學儲能上具有廣闊的應用前景。然而，由于π-π鍵和范德華力的作用，石墨烯容易自團聚形成石墨結構。因此，石墨烯的宏量制備和結構調控仍是研究的難題。

    日前，中科院電工所馬衍偉課題組在多孔石墨烯的宏量制備研究方面取得重要進展，通過采用新方法—燃燒淬火技術，將金屬鎂條在二氧化碳氣體中點燃并在碳酸氫銨溶液中原位淬火，成功制備出高質量含有大量介孔結構的石墨烯材料。

    新方法下25g鎂帶可以產出1g左右的石墨烯。這種石墨烯的介孔有序，比表面積高達75 m2/g，介孔尺寸分布在2nm和7nm左右，孔容為1.5cm3/g，如圖1所示。將此介孔有序石墨烯材料分別在超級電容器和鋰離子電池中展開應用，如圖2所示，石墨烯基對稱型超級電容器在離子液體電解液下的能量密度高達51.5Wh/kg，對應的功率密度為 1 kW/kg；當功率密度為20kW/kg時，能量密度保持在23.1Wh/kg。用于鋰離子電池負極材料在0.2A/g電流密度下循環250 周后比容量保持在570mAh/g，以上數值均基于電極材料。

    該方法為無模板法自生長介孔有序結構石墨烯，操作簡單，成本低廉，環境友好，且制備的石墨烯質量和產量高，已申請了國家發明專利。相關成果發表在Wiley出版社的2013年6月的《化學與可持續性、能源與材料》雜志上（ChemSusChem, 2013, 6, 1084, IF=6.8）。

    此項工作得到北京市科委和中國科學院項目的支持。

      

       圖1（A和B）石墨烯的原子力照片；（C）小角X-射線衍射圖；（D）孔徑分布圖
      
      

      圖2（A）石墨烯基對稱型超級電容器在離子液體電解液下的能量密度和功率密度關系曲線；（B）石墨烯作為鋰離子電池負極材料的循環壽命