寧波材料所實現(xiàn)石墨烯泡沫的高效和宏量制備
石墨烯獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的導(dǎo)電性能，以二維石墨烯納米片作為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)筑的三維宏觀的石墨烯泡沫材料具有超高的導(dǎo)電性、比表面積和開孔率，常作為一種多功能性材料應(yīng)用于儲能、污染物吸附、電磁屏蔽、吸波、傳感器等領(lǐng)域。
目前，石墨烯泡沫主流的制備方法包括兩種：水熱法和模板法。水熱法從氧化石墨出發(fā)，主要包括四部分：氧化石墨的超聲剝離、石墨烯的水熱自主裝、石墨烯泡沫的干燥（冷凍/超臨界CO2干燥）和石墨烯泡沫的退火處理。模板法主要是將CVD法或化學(xué)法所制備的石墨烯包覆在金屬Ni或PU泡沫的骨架上，而后通過刻蝕或熱解犧牲“模板”。盡管上述方法取得了一定的效果，但仍存在操作繁瑣、樣品干燥難、模板難去除等問題，導(dǎo)致樣品的制備周期較長。因此，開發(fā)一種簡單、高效、宏量的石墨烯泡沫的制備方法顯得尤為必要。
寧波材料所鄭文革研究員課題組在前期低溫常壓制備石墨烯（J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 50-53）的基礎(chǔ)上通過一步燒結(jié)法實現(xiàn)了石墨烯泡沫的高效和宏量制備（下圖所示）。整個過程可在數(shù)小時內(nèi)完成，效率較傳統(tǒng)的水熱和模板法大幅提高。所制備的石墨烯泡沫密度僅為0.02 g/cm3，電導(dǎo)率可達130 S/m，厚度為0.5 mm的該泡沫在X波段（8.2-12.4 GHz）的電磁屏蔽效能高達25 dB。此外，該石墨烯泡沫對有機溶劑和油污還具有超高的吸附性能，能夠吸附其自身重量47-120倍的污染物且具有良好的循環(huán)使用性能。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b0240，并申請中國發(fā)明專利201710051316.7。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金（51603218、51473181、51573202）和寧波市自然科學(xué)基金（2016A610269）的大力資助。
石墨烯泡沫的制備過程示意圖
（高分子事業(yè)部 沈斌）