【專題】「2017年全國石墨烯材料技術、發展與運用交流研討會」論文集錦

「2017年全國石墨烯材料技術、發展與應用交流研討會」於2017年3月在北京召開。與會專家在大陸石墨烯基礎研究、技術開發及應用和產業化的最新成果等方面進行了深入、廣泛的研討和交流。從會議精選出的11篇優秀論文在我刊陸續發表，集錦如下，供各位專家學者參考。

結構有序的Si/void/C/graphene奈米復合結構的制備及儲鋰性能

何大方,李麗鮮,白鳳娟,沈麗明,暴寧鐘.化工學報,2017,68(9):3600-3606

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I9/3600

[摘要]採用簡單的超聲、冷凍乾燥和熱還原相結合的自組裝方法，設計和構建了奈米矽核/間隙/無定形碳殼層/石墨烯（Si/void/C/graphene）三維有序奈米復合結構。在該結構中，奈米矽核與碳殼層之間的空隙有效避免了矽的巨大體積膨脹對碳層的破壞，大幅度提高了鋰離子電池的循環穩定性；將Si/void/C奈米結構嵌入在石墨烯層與層之間，利用石墨烯卓越的導電性和柔韌性，進一步緩沖了矽材料的體積效應和提高了復合材料的導電性能。該復合材料在4200 mA·h·g-1（1 C）電流密度下循環1000次後比容量仍高達1603 mA·h·g-1；在67 A·g-1（16 C）的高倍率下，比容量仍有310 mA·h·g-1，顯示出了在鋰離子電池負極材料領域的巨大應用潛力。

PANI/煤基石墨烯宏觀體復合材料的制備及其電化學性能

張亞婷,任紹昭,李景凱,李可可,黨永強,劉國陽,邱介山.化工學報,2017,68(11):4316-4322

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4316

[摘要]以太西無煙煤為原料，採用催化熱處理、改良Hummers氧化等方法，制備煤基氧化石墨烯（CGO），進而以CGO和聚苯胺（PANI）為前驅體，採用水熱自組裝法，制備得到PANI/石墨烯宏觀體復合材料（3D-PCG）。採用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技術，研究了材料的組成、結構和形貌，考察了3D-PCG的電化學性能。結果表明，PANI以奈米棒狀形態均勻鑲嵌在煤基石墨烯宏觀體（3D-CG）的網狀結構中；當PANI與CGO質量比為1：2時，3D-PCG的電化學性能優於PANI和3D-CG，其比電容可達663 F·g-1。

微波法制備還原氧化石墨烯及其在鋰硫電池中的應用

楊蓉,李蘭,王黎晴,付欣,燕映霖,陳利萍,路蕾蕾.化工學報,2017,68(11):4333-4340

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4333

[摘要]採用改進的Hummers法制備了氧化石墨（GO），對GO進行碳酸浸漬後，通過微波固相法剝離其為少層的還原氧化石墨烯（MRGO）。並採用低溫原位化學沉積法制備微波還原氧化石墨烯/奈米硫（MRGO/NS）鋰硫電池正極復合材料。通過FT-IR、XRD、SEM、TEM、BET對所制備的MRGO和MRGO/NS的微觀結構、形貌等進行表征，採用恒流充放電測試和交流阻抗測試對復合材料的電化學性能進行研究。結果表明，通過微波固相法剝離碳酸浸漬後的GO所制備的MRGO為少層的折扇狀還原氧化石墨烯，可為鋰硫電池的硫和多硫化物提供足夠的容納空間，從而緩解穿梭效應，提高了電極材料的循環性能和倍率性能。

鋰硫電池用玉米苞葉基活性炭/硫復合正極材料的電化學性能

李巧樂,燕映霖,楊蓉,陳利萍,秦海超,史忙忙,魏一奇.化工學報,2017,68(11):4376-4382

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4376

[摘要]鋰硫電池因具有超高的理論比容量（1675 mA·h·g-1）而被認為是最具有應用前景的二次電池。但硫基正極面臨著硫導電性差、利用率低、正極結構穩定性差等問題。採用KOH化學活化法將廉價易得的農業廢棄物玉米苞葉制備為多孔碳材料後，與升華硫復合獲得硫/碳復合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET對該硫/碳復合材料的微觀結構、形貌等進行表征發現，玉米苞葉制備的多孔碳材料具有類石墨烯片層結構，且表面具有大量的介孔結構，硫元素均勻分布在多孔碳材料中。採用恒流充放電和交流阻抗法對該復合材料正極電化學性能進行測試發現其具有較高的放電比容量和良好的循環性能，這是由於類石墨烯片層結構的多孔碳材料提高了硫正極的導電性，且其極大的比表面積大幅增加了電化學反應位點，提高了硫的利用率。

鈀/奈米石墨片復合材料的制備及其對甲醇的電催化性能

朱瑞芝,周揚,夏甜甜,劉志華,王昆淼,常鋼,蔡志偉,操日兵,何雲斌.化工學報,2017,68(11):4398-4406

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4398

[摘要]用改進的Hummers方法和機械剝離法制備奈米石墨片，以硼氫化鈉為還原劑，採用一步法制備蠕蟲狀Pd奈米顆粒/奈米石墨片。結果表明這種新型的奈米石墨片的制備方法簡單快速、溫和高效。11.5 nm的Pd奈米顆粒能良好地分散在奈米石墨片上，且復合材料在鹼性條件下對甲醇具有良好的催化活性和抗毒化性能，比相同條件下制備出的Pd負載在傳統的改進Hummers方法制備的氧化石墨烯和商業炭黑Vulcan XC-72的催化性能更佳。

藍寶石襯底上PECVD生長石墨烯及其氣敏傳感器

蔚翠,何澤召,劉慶彬,李嫻,謝丹,蔡樹軍,馮志紅.化工學報,2017,68(11):4423-4427

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I11/4423

[摘要]在藍寶石襯底上，利用PECVD在相對較低的溫度和相對短的時間制備石墨烯。實驗發現，在950℃，生長15 min，可制備奈米晶石墨烯。所制備的石墨烯為雙層結構，存在較多的缺陷，使得其適合用於製作氣敏傳感器。製作的奈米晶石墨烯氣敏傳感器對甲醛氣體顯示出良好的響應和恢復特性。分析發現奈米晶石墨烯中大量的晶界和褶皺使氣體的吸附和解吸附能壘降低是其表現出良好氣敏特性的主要原因。

石墨烯/δ-MnO2復合材料的制備及其超級電容器性能

朱紅艷,趙建國,龐明俊,蔣尚,邢寶巖,強丁丁,杜雅琴.化工學報,2017,68(12):4824-4832

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I12/4824

[摘要]採用螯合法制備了RGO/δ-MnO2復合材料，並用X射線粉末衍射（XRD）、低壓氮氣吸附脫附（BET）、X射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、能譜（EDS）、熱重（TGA）對其結構和物相進行表征。採用循環伏安測試（CV）、恒電流充放電（GCD）以及循環測試對所制材料電化學儲能進行測試。結果表明RGO/δ-MnO2復合材料比純石墨烯和純δ-MnO2具有更優異的電化學性能。當電流密度為1 A·g-1時，RGO/δ-MnO2復合材料的比電容可達322.6 F·g-1，比純δ-MnO2電極材料高234.2 F·g-1，比純石墨烯高212.1 F·g-1。當電流密度放大10倍後，RGO/δ-MnO2復合材料的比電容保留率為79.1%。在1000次恒流充放電測試後，比電容為252 F·g-1（99.6%），說明該方法制備的RGO/δ-MnO2復合材料是一種有應用前景的超級電容器電極材料。

聚乳酸基奈米纖維素/石墨烯導電復合膜的制備與表征

劉雪嬌,楊琳,唐瀾,張力平.化工學報,2017,68(12):4833-4840

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/I12/4833

[摘要]利用真空抽濾方法，制備了奈米纖維素/石墨烯導電膜，將其嵌在聚乳酸表面得到聚乳酸基奈米纖維素/石墨烯導電復合膜。傅里葉紅外（FT-IR）表征結果表明石墨烯與奈米纖維素之間存在一定的相互作用；當奈米纖維素與石墨烯質量比為1：2時，導電復合膜的電導率為12 S·cm-1，抗張強度達到13.62 MPa，水接觸角為80.6°。熱重分析（TGA）表征結果表明導電復合膜有良好的熱穩定性，300℃時不同質量比的導電復合膜的失重量低於10%，相比奈米纖維素，在相同溫度下失重量減少了20%。以聚乳酸材料為基體的導電復合膜，其抗張強度比未被嵌聚乳酸基體的奈米纖維素/石墨烯導電膜提高15～23倍，將聚乳酸基奈米纖維素/石墨烯導電復合膜埋在土壤中5周後，質量損失了3.7%。聚乳酸材料優異的力學性能和可降解性，擴展了奈米纖維素/石墨烯導電復合膜的應用範圍。制備的導電復合膜在柔性導電材料領域有潛在的應用前景。

二維材料調控阻氫塗層研究進展

王玫,牛棟華,胡琪,辛延波,時洪亮,黃安平.化工學報,2017,68(S1):9-17

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/IS1/9

[摘要]在涉氫應用領域，氫及其同位素的滲透導致結構材料氫損傷、能源浪費及核污染等諸多問題，在結構材料表面覆蓋阻氫塗層是解決氫滲透問題的重要技術手段。總結了傳統阻氫塗層的特性及其阻氫效果，並闡明了傳統阻氫塗層仍然存在的效率低及壽命短等問題。最新研究表明，石墨烯等二維材料薄膜具有很強的阻擋特性，多層堆垛結構效果尤其明顯，可作為優異的阻氫材料，而傳統阻氫塗層兼具有一定的吸附儲氫性能。通過對氫滲透機理的分析提出引入二維材料作為阻氫層，並結合傳統阻氫塗層的儲氫特性構建新型阻氫結構模型，闡述了阻氫層的制備應用現狀及儲氫層的儲氫機理，同時探討了針對不同應用背景下新型阻氫結構的不同形式與應用效果，最後展望了新型阻氫結構塗層在不同應用領域下的應用前景。

不同降溫方式對單晶石墨烯氫氣刻蝕的改善

王施達,段濤,英敏菊.化工學報,2017,68(S1):254-259

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/IS1/254

[摘要]以化學氣相沉積（CVD）的方法在銅襯底上制備了大尺寸的單晶石墨烯。研究了在3種不同降溫方式下，石墨烯受氫氣刻蝕程度的變化，以及在降溫過程中通入甲烷後，對刻蝕的影響與改善，並對刻蝕機理進行了探討。結果表明：經開蓋降溫的石墨烯受刻蝕最輕，隨爐降溫的樣品受刻蝕次之，緩慢降溫的樣品受刻蝕最為嚴重。在降溫過程中通入甲烷之後，3種樣品的刻蝕都得到了進一步的改善，且開蓋降溫樣品的結晶質量有大幅提升；隨爐降溫樣品的結晶質量有小幅提升；緩慢降溫樣品的結晶質量有所下降。

絕緣襯底上化學氣相沉積法生長石墨烯材料

劉慶彬,蔚翠,何澤召,王晶晶,周闖傑,郭建超,馮志紅.化工學報,2017,68(S1):276-282

[全文]http://www.hgxb.com.cn/CN/Y2017/V68/IS1/276

[摘要]利用化學氣相沉積法，在Si襯底、藍寶石襯底和SiC襯底上生長石墨烯材料，研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶體質量和電學特性。原子力顯微鏡、光學顯微鏡和拉曼光譜測試表明，Si3N4覆蓋層可以有效抑制3C-SiC緩沖層的形成；低溫生長有利於保持材料表面的平整度，高溫生長有利於提高材料的晶體質量。5.08 cm藍寶石襯底上石墨烯材料，室溫下非接觸Hall測試遷移超過1000 cm2·V-1·s-1，方塊電阻不均勻性為2.6%。相對於Si襯底和藍寶石襯底，SiC襯底上生長石墨烯材料的表面形態學更好，缺陷更低，晶體質量和電學特性更好，遷移率最高為4900 cm2·V-1·s-1。