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化材学院王舜课题组在碳材料方向取得新进展——创造高回弹高硬度三维多孔石墨烯

发布时间:2018-09-18    来源:化学与材料工程学院    作者:    点击次    [点击关闭]

最近,我校化学与材料工程王舜课题组金辉乐博士三维石墨烯方向取得研究新进展,研究成果以Strong Graphene 3D Assemblies with High Elastic Recovery and Hardness”为题在线发表于先进材料》Advanced Material2018,DOI: 10.1002/adma.201707424影响因子21.95)

 

众所周知,材料代表人类文明的进展。自古到今,人类已从石器时代、铁器时代到了硅时代,二十一世纪我们又到了什么时代?或许两次获得诺贝尔奖的“碳”就是我们新时代的象征!

 

石墨烯无疑是碳家族的明星,作为一种二维晶体,它是人类已知强度最高的物质,比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。可是让科学家烦恼的是,石墨烯在实际应用过程中易于面/面聚集造成机械性能急剧降低,如何可控制备三维石墨烯组装体,进而有效发挥石墨烯优异机械性能的集合效应,仍然是一个巨大的挑战! 

王舜课题组金辉乐博士联合美国阿贡国家重点实验室的陆俊研究员创造性地提出了基于-Si-O-C-化学键共价桥连促进石墨烯三维有序组装的新方法,实现了单层氧化石墨烯片在油-水两相界面上的原位还原和同步三维共价组装,可控构筑了高强度的三维互通纳米多孔结构的泡沫状石墨烯宏观体。该方法不仅解决了传统石墨烯片在实际应用过程中易于面/面聚集造成有效比表面积急剧降低以及不易加工成型等难题,而且有效地发挥了单层石墨烯构建单元在分子水平上的集合增强效应,使该泡沫状石墨烯宏观体材料不但具有目前三维自支撑碳基多孔材料最高的硬度,而且具有优异的导电、导热以及热稳定性性能。这种不同寻常的机械性能和热稳定性使三维多孔石墨烯可望成为高强度轻质复合材料的潜在候选者,在防弹衣,太空升降机以及汽车或航空航天器制造等方面具有潜在的广泛应用。

 

                                                                 三维石墨烯的合成与形貌表征

    近年来,王舜教授团队已在能源材料方向,取得了一系列进展和成果。研究团队首次提出具有普适性的“化学吸附固硫”新机制,改善了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能通过缺陷工程调控催化材料的表界面性质及电子结构等,实现催化活性的显著提升,并应用于氢燃料电池领域通过原位杂原子掺杂和多级孔结构的调控,实现碳基超级电容器容量与能量密度的突破,储能性能超越镍氢电池相关研究发表在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Advanced Energy MaterialsNano Energy Energy Storage Materials等影响因子大于10的国际一流期刊发表10多篇学术论文,申请中国发明专利50多项。这些研究工作得到了浙江省一流学科(A类)化学学科、国家自然科学基金浙江省自然科学基金的经费支持。