石墨烯三维网络宏观体的控制制备与物性研究

石墨烯的大量制备以及把具有单原子层或数原子层厚度的石墨烯片组装成具有特定结构的宏观体材料对综合利用石墨烯的优异性能和拓展其应用具有极其重要的意义。石墨烯三维网络宏观体不仅可充分利用石墨烯优异的电学、热学、力学性能，还具有极低的密度、极高的孔隙率和超大比表面积，可望在导电导热复合材料、热管理、储能、催化剂载体和传感等领域获得广阔应用。本项目提出采用多孔金属作为基底的化学气相沉积（CVD）方法控制制备石墨烯三维网络宏观体，实现对网络形貌、孔隙度、孔形、孔径分布、比表面积和石墨烯层数、晶粒尺寸、缺陷、掺杂等的控制，阐明CVD方法控制制备石墨烯的生长机制；系统研究石墨烯三维网络的电学、力学和热学性能，建立石墨烯三维网络宏观体的结构与其性能间的相互关系，为石墨烯三维网络宏观体的实际应用奠定科学基础。

石墨烯的大量制备以及把具有单原子层或数原子层厚度的石墨烯片组装成具有特定结构的宏观体材料对综合利用石墨烯的优异性能和拓展其应用具有极其重要的意义。石墨烯三维网络宏观体不仅可充分利用石墨烯优异的电学、热学、力学性能，还具有极低的密度、极高的孔隙率和超大比表面积，可望在导电导热复合材料、热管理、储能、催化剂载体和传感等领域获得广阔应用。.本项目系统研究了石墨烯三维网络宏观体的控制制备与物性，取得的主要研究成果包括：实现了对CVD制备的石墨烯三维网络宏观体中石墨烯层数的控制；改进了CVD制备过程，提出先沉积薄层聚合物后除去泡沫镍基底的方法，制备出一种轻质、柔性且具有很高电导率和电磁屏蔽性能的泡沫状石墨烯/PDMS复合材料；提出以CVD制备的高导电性石墨烯三维网络宏观体材料作为集流体，研制出可快速充放电的轻质柔性锂离子电池；发展出CVD制备的石墨烯三维网络宏观体与还原氧化石墨烯气凝胶嵌套的杂化多孔三维网络宏观体材料，拓展了石墨烯三维网络宏观体材料的性能和应用，获得了具有优异性能的锂硫电池。此外，提出了硫脲辅助的水热合成方法，采用氧化石墨烯制备出了具有三维网络结构的石墨烯海绵，在水处理方面表现出良好的应用前景；合作发现CVD制备的石墨烯三维网络宏观体材料具有超疏水特性。.在PNAS、Advanced Materials等期刊发表SCI论文16篇，已被SCI引用近1000次。申请发明专利6项，其中1项已获授权。相关工作是辽宁省自然科学一等奖的重要科学内容。项目负责人获得了国家杰出青年科学基金的资助，并入选了科技部中青年科技创新领军人才。