日前，我校化學(xué)與材料工程王舜課題組金輝樂(lè)博士在三維石墨烯方向取得研究新進(jìn)展，研究成果以“Strong Graphene 3D Assemblies with High Elastic Recovery and Hardness”為題在線(xiàn)發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

石墨烯是碳家族明星，作為一種二維晶體，是人類(lèi)已知硬度最高的物質(zhì)，比鉆石還堅(jiān)硬，硬度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，石墨烯易于面/面聚集，造成機(jī)械性能急劇降低，如何可控制備三維石墨烯組裝體，進(jìn)而有效發(fā)揮石墨烯優(yōu)異機(jī)械性能的集合效應(yīng)，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)！

王舜課題組金輝樂(lè)博士聯(lián)合美國(guó)阿貢國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陸俊研究員創(chuàng)造性地提出了基于-Si-O-C-化學(xué)鍵共價(jià)橋連促進(jìn)石墨烯三維有序組裝的新方法，實(shí)現(xiàn)了單層氧化石墨烯片在油-水兩相界面上的原位還原和同步三維共價(jià)組裝，可控構(gòu)筑了高強(qiáng)度的三維互通納米多孔結(jié)構(gòu)的泡沫狀石墨烯宏觀(guān)體。該方法不僅解決了傳統(tǒng)石墨烯片在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中易于面/面聚集，造成有效比表面積急劇降低以及不易加工成型等難題，還有效地發(fā)揮了單層石墨烯構(gòu)建單元在分子水平上的集合增強(qiáng)效應(yīng)，使該泡沫狀石墨烯宏觀(guān)體材料不但具有目前三維自支撐碳基多孔材料最高的硬度，而且具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及熱穩(wěn)定性性能。這種不同尋常的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性使三維多孔石墨烯可望成為高強(qiáng)度輕質(zhì)復(fù)合材料的潛在候選者，在防彈衣，太空升降機(jī)以及汽車(chē)或航空航天器制造等方面具有潛在的廣泛應(yīng)用。

三維石墨烯的合成與形貌表征

近年來(lái)，王舜教授團(tuán)隊(duì)已在碳能源材料方向，取得了一系列進(jìn)展和成果。研究團(tuán)隊(duì)首次提出具有普適性的“化學(xué)吸附固硫”新機(jī)制，改善了鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；通過(guò)缺陷工程調(diào)控催化材料的表界面性質(zhì)及電子結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)催化活性的顯著提升，并應(yīng)用于氫燃料電池領(lǐng)域；通過(guò)原位雜原子摻雜和多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)碳基超級(jí)電容器容量與能量密度的突破，儲(chǔ)能性能超越鎳氫電池。相關(guān)研究發(fā)表在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Advanced Energy Materials，Nano Energy及Energy Storage Materials等影響因子大于10的國(guó)際一流期刊，申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利50多項(xiàng)。研究工作得到浙江省一流學(xué)科(A類(lèi))化學(xué)學(xué)科、國(guó)家自然科學(xué)基金，浙江省自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持。