2013-06-13 00:53
由英国科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫等人于2004年制备出的石墨烯，因其具有优异的导电性和巨大的理论比表面积，在电化学储能上具有广阔的应用前景。然而，由于π-π键和范德华力的作用，石墨烯容易自团聚形成石墨结构。因此，石墨烯的宏量制备和结构调控仍是研究的难题。
日前，中科院电工所马衍伟课题组在多孔石墨烯的宏量制备研究方面取得重要进展，通过采用新方法—燃烧淬火技术，将金属镁条在二氧化碳气体中点燃并在碳酸氢铵溶液中原位淬火，成功制备出高质量含有大量介孔结构的石墨烯材料。
新方法下25 g镁带可以产出1 g左右的石墨烯。这种石墨烯的介孔有序，比表面积高达756 m2/g，介孔尺寸分布在2 nm和7 nm左右，孔容为1.5 cm3/g，如图1所示。将此介孔有序石墨烯材料分别在超级电容器和锂离子电池中展开应用，如图2所示，石墨烯基对称型超级电容器在离子液体电解液下的能量密度高达51.5 Wh/kg，对应的功率密度为1 kW/kg；当功率密度为20 kW/kg时，能量密度保持在23.1 Wh/kg。用于锂离子电池负极材料在0.2 A/g电流密度下循环250周后比容量保持在570 mAh/g，以上数值均基于电极材料。
该方法为无模板法自生长介孔有序结构石墨烯，操作简单，成本低廉，环境友好，且制备的石墨烯质量和产量高，已申请了国家发明专利。相关成果发表在Wiley出版社的2013年6月的《化学与可持续性、能源与材料》杂志上(ChemSusChem, 2013, 6, 1084, IF=6.8)。
此项工作得到北京市科委和中国科学院项目的支持。
图2(A)石墨烯基对称型超级电容器在离子液体电解液下的能量密度和功率密度关系曲线；(B)石墨烯作为锂离子电池负极材料的循环寿命
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