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第三届石墨烯及其他二维材料青年学者论坛参会报告(吕彬彬)

       为推进石墨烯及相关二维材料研究的快速发展,“第三届石墨烯及其他二维材料青年学者论坛”于10月23-25日在中国科学技术大学举行。此次参会的嘉宾都是活跃于石墨烯及其他二维材料的青年学者及专家,报告内容丰富、精彩纷呈,从石墨烯的可控制备、结构调控设计、基于石墨烯的纳米复合材料设计及它们在储能、环境、催化等领域的应用到其他二维材料的制备及其在光电子器件的应用研究。由于我的研究生方向是多孔石墨烯的制备及其在超级电容器上的应用,所以我更加关注的是多孔石墨烯的可控制备、结构掺杂修饰及多孔石墨烯在储能领域(超级电容器、锂硫电池)中的应用。

       多孔石墨烯具有导电性能好,比表面积高,孔径分布均匀,是一种良好的超级电容器电极材料,同时也可以作为载硫的基体,应用于锂硫电池或电催化领域,成为了近年来学术研究的热点。目前多孔石墨烯的制备主要由石墨烯自组装、模板法、活化法等。哈尔滨工程大学介绍了关于其在石墨烯方面的研究,报告内容丰富。他们课题组在石墨烯结构控制方面不仅加强对孔径大小、孔分布、孔密度的控制,还在石墨烯晶格中原位掺杂N/P/S等杂原子,进一步利用模板法制备多孔石墨烯构筑三维结构的碳纳米网络或者将其与其他纳米碳材料进行合理的三维组装。上海交通大学的张帆教授也介绍了模板法制备低维聚合物及碳基复合材料在能源领域的应用。主要是以聚合物复合材料为碳源,高温热解得到系列多级孔结构、高比表面积及杂原子掺杂从零维、一维到三维多孔碳材料。由此可以看出固相碳源热解催化多孔类石墨烯(或石墨化碳材料)还是具有一定的研究价值,如何进一步研究生长机制及可控制备或结构设计将会成为接下来研究的方向。

       在碳材料结构掺杂修饰方面,家纳米科学中心的智林杰研究员做了石墨烯基纳米复合材料的结构调控及其应用研究,报告中吸引我的是杂原子掺杂是如何影响电容器的比容量。在以往的文献阅读中,大家认为杂原子的掺杂优点在于:一,改善材料的润湿性,;二,提高电导率;三,增加赝电容;四,维持石墨烯的性能。然而,石墨烯如何可控的掺杂及定量的影响其电化学性能还需要进一步探究。智林杰研究员课题组则简单地基于C=ε*S/d分析了不同温度处理合成一系列掺杂多孔石墨烯对其性能的影响。所以有些实验的设计或者Idea的获得其实是基于最基础的原理,也提醒了自己任何好的实验设计还是应该回归基础原理和基本理论。

       由于多孔石墨烯具有良好的导电性、高比表面积、合适的孔径分布及孔径大小,这些合适的孔径可以负载纳米硫,作为锂硫电池正极电极。清华大学的张强副教授也介绍了其碳/硫正极材料在锂硫电池中的研究进展,特别是碳纳米管、石墨烯、多孔碳材料和其他复合材料。报告思路清晰,内容丰富。特别在阻止硫单质进入负极时,分别利用物理方法去“堵”和化学方法去“拦”(引入杂原子),同时也分享了其在电极结构设计、集流体设计等方面的理论计算、实验成果及思路想法。

       通过这次论坛的学习,收获很多,对于之前一些不熟悉,或者以前不关注的领域,有了新的认识,对于自己研究的东西,有了更加深刻的理解和认知,同时也相信多孔石墨烯在超级电容器和锂硫电池等领域具有广阔的应用前景。