蘭州化物所石墨烯復合材料及器件研究取得新進展

  石墨烯作為一種新型碳納米材料,具有高機械強度、良好導電導熱性、大比表面積、良好化學穩定性等優點,在能量儲存、電子器件、傳感材料、催化劑、防腐涂料等領域展現出了極為廣闊的潛在應用前景。目前,石墨烯的應用主要采用復合材料的途徑進行性能的提升,其制備方法主要包括化學還原法、水熱法、溶膠凝膠法和電化學法。

  中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室李鑫恒團隊結合電化學等技術發展了石墨烯復合材料的制備方法,分別制備出了均勻性好、結合力強的金屬氧化物、聚苯胺、磷化物石墨烯復合材料,成本低廉、環境友好、適于規模化生產(圖1)。

1. 1,2分別為三維石墨烯宏觀體材料和石墨烯復合材料;3,4分別為石墨烯納米片以及沉積在石墨烯表面的納米顆粒。

  該制備方法有效地解決了以往方法可控性差、石墨烯疊層、納米粒子團聚、結構易崩塌等問題。氧化錳表現出了良好的單分散性,石墨烯片層沒有明顯的層疊,且具有多孔性(圖2)。該方法易于制備克量級復合材料。研究人員將制備的復合材料組裝成不對稱水性超級電容器,具有柔性可折疊(圖3)、無粘涂劑、環保(水性電解質)等優點。組裝的超級電容器功率密度明顯地大于40Wh/Kg以上,循環2000次后仍保持初始容量的80%以上。將復合材料應用于電催化電極材料,極大地降低了過電勢。

2. 復合材料實例--石墨烯-二氧化錳三維多孔復合材料。2a,b為掃描電鏡圖,2e,f為復合材料的透射電鏡圖。

3. 組裝的柔性超級電容器實物圖片。

  該方法部分已獲得國家發明專利授權,授權號:ZL 201610423614.X。前期研究工作發表在J.Mater.Chem A 2017,05,4629

  以上工作得到了國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃、江蘇省自然科學基金、蘇州市重點產業技術創新基金、蘭州化物所特聘人才項目、羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室的支持。

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