石墨烯是由單層sp²雜化碳原子呈六邊形排列的而組成的一種二維碳材料，具有較大的理論比表面積、較高的本征載流子遷移率、較高的導(dǎo)熱系數(shù)、室溫下超高的電導(dǎo)率等優(yōu)點。由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，石墨烯已逐漸成為**吸引力的應(yīng)用材料之一。

石墨烯同時也存在著不足之處，如在數(shù)字電子領(lǐng)域，由于石墨烯的電子之間缺乏帶隙，一旦數(shù)據(jù)傳送之后便很難停止。**的解決辦法就是就是通過在石墨烯表面打孔形成帶隙或者整合二維石墨烯構(gòu)建具有特定三維結(jié)構(gòu)的石墨烯，形成多孔結(jié)構(gòu)。

多孔石墨烯的制備方法

模板法

模板法根據(jù)模板的組成及特性不同又可分為硬模板法和軟模板法兩種。

硬模板法

通過硬模板法制備多孔石墨烯材料主要涉及以下四個方面：（1）制備硬模板；（2）對模板表面進行功能化/改性，以獲得適宜的表面性能；（3）通過各種方法將石墨烯或其衍生物，如氧化石墨烯涂覆在模板上；（4）選擇性去除模板。

硬模板法也存在許多缺點，如產(chǎn)率相對不高，無法實現(xiàn)高產(chǎn)，采用多步合成工藝時限制較大，模板移除時結(jié)構(gòu)堅固性不足等。

軟模板法

軟模板法是碳前驅(qū)體與軟模板之間相互作用進行的自組裝反應(yīng)，經(jīng)過高溫碳化、聚合得到多孔石墨烯，其孔結(jié)構(gòu)主要取決于合成條件，如反應(yīng)物比例、溶劑類型和反應(yīng)溫度等，該方法可直接用于合成介孔或大孔石墨烯材料。

相比于硬模板，軟模板本質(zhì)上是在分子層面的合成，利用化學(xué)鍵或親/疏水作用力相互作用的同時構(gòu)造多孔結(jié)構(gòu)，在軟模板法制備多孔石墨烯材料的過程中，起重要作用的是模板與表面活性劑之間的化學(xué)反應(yīng)。

無模板法

無模板法包括刻蝕法、溶劑熱法和化學(xué)氣相沉積法。

刻蝕法

刻蝕法是利用刻蝕劑與石墨烯之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使石墨烯表面的碳原子被反應(yīng)刻蝕以后留下孔結(jié)構(gòu)的一種方法。該方法對于材料的刻蝕具有明顯的選擇性，即刻蝕結(jié)束立刻停止，不會損壞其余層面的材料。

溶劑熱法

溶劑熱法是在特定的高壓反應(yīng)釜中，利用水或有機溶劑作為反應(yīng)體系，將其加熱至臨界溫度，在高壓反應(yīng)體系中進行材料合成的一種方法，該方法**地減少了環(huán)境污染，并且制備得到的多孔石墨烯材料具有孔徑可控的優(yōu)勢。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法制備多孔石墨烯材料的主要過程是將甲烷、乙炔等含碳?xì)怏w，再使氣態(tài)碳源沉積到固態(tài)體基體表面，制備得到石墨烯，然后在保護氣體中逐漸升溫，最終獲得多孔石墨烯材料的一種方法。該方法操作簡單、可大規(guī)模生產(chǎn)，且制得的多孔石墨烯材料結(jié)構(gòu)完整，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。

多孔石墨烯及其復(fù)合材料的應(yīng)用

電極材料

以多孔石墨烯或復(fù)合材料為電極材料，其高度連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大促進了離子的快速輸運，從而使材料呈現(xiàn)出較高容量和功率特性。

環(huán)境吸附材料

多孔石墨烯具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，由于制備方法的差異，表面含有較多的缺陷，能夠較容易引入不同功能團。多孔石墨烯及其復(fù)合材料在油/水分離、金屬離子吸附和染料分子去除等方面均有諸多應(yīng)用。

分離領(lǐng)域

通過模型建立和計算機模擬發(fā)現(xiàn)，多孔石墨烯對氫氣（H2）、氮氣（N2）和硫化氫（H2S）等氣體分子具有較高的滲透性和選擇性，能夠有效分離H2/CH4、CO2/N2和H2S/CH4等混合氣體。

部分圖文轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除