中山大学 先进能源材料研究室 石墨烯

石墨烯能走进我们的生活吗？

当一片石墨烯展现在人们面前时，立即震撼了凝聚态物理界，因为大多数物理学家认为，理论和实验上都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在。而它的独特的性能，如石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料；石墨烯是世界上导电性最好的材料等受到国内外众多大企业的青睐。目前，很多企业投入巨资融入石墨烯产业化的行列。人的生命需要碳，人们的生活更需要碳。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、二维的石墨烯、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。

从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍，就是目前还缺乏适用于传统化学方法的样品。这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。尽管有许多制备方法被发明，令人失望的是目前仅有化学气相沉积法（CVD）可以实现规模化制备石墨烯及应用。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。石墨烯粉体的应用可能是很难解决的问题，因为纳米材料的活性和稳定性是天然的矛盾。商用粉末样品的石墨烯比表面积通常小到100 m2/g，这对实际应用非常不利。因此人们思考制备三维结构的石墨烯材料，这样的材料具有自支撑的作用，可避免石墨烯团聚，保持高比表面积。但是，目前合成三维结构的石墨烯主要采用自组装法（模板法），该方法合成工艺复杂，成本高昂，仅停留于实验室阶段

或小批量化制备。

中山大学先进能源材料研究室原始发明了一步法批量制备三维多级孔、自掺杂类石墨烯材料。产品合成工艺简单，原料来源广泛，成本低廉，可大批量生产。该方法一步法制备类石墨烯三维结构，可随意调控三维类石墨烯材料的比表面积、孔隙率、视比重、电导率等。另外，此方法合成的三维多级孔自掺杂（氮、磷、硼等）类石墨烯材料具有其它碳材料包括商用石墨烯在内的碳材料不具备的性质，这些特有的性能已经在应用方面崭露头角。例如，型号为SYSU-400的三维多级孔自掺杂类石墨烯，其水系电容值高达300 F/g（1 A/g）以上，在高达20 A/g的充放电电流下，充放电15000次后，其电容值仍稳定于100%不变，表现出高容量、高稳定性的材料；SYSU-500的三维多级孔自掺杂类石墨烯在锂-硫电池中应用300次扫描后的容量大于1000 mAh g-1。这些数据都是目前世界上报道的最好数据。

中山大学先进能源材料研究室已经建立日产公斤级的示范生产线，并向全世界派送样品做广泛的评价。