王振洋研究员团队在高结晶石墨烯宏观体研究方面取得新进展

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近期，中科院合肥物质院固体所王振洋研究员团队在高结晶石墨烯宏观体的共价生长及其电学行为调制方面取得系列进展，相关研究成果发表在 Advanced Functional Materials和 Chemical Engineering Journal上。
　　石墨烯是一种具有优异力学、电学、热学和光学性能的二维碳材料。石墨烯的高效制备及宏观组装对其规模应用具有重要意义。目前，石墨烯宏观体的常规制备方法如液相自组装、3D打印和催化模板法等仅能实现石墨烯片层间的非共价弱相互作用连接，导致石墨烯晶体结构的不连续，成为限制石墨烯宏观体电学性质的主要因素。

　　

图1. 高结晶石墨烯宏观体的layer-by-layer共价生长及其表征。 　　

　　鉴于此，研究人员开发了一种激光辅助的layer-by-layer共价生长方法来制备高结晶石墨烯宏观体，分子动力学模拟从理论上揭示了其共价生长机制。共价生长法使得材料具有连续的晶体结构，与非共价组装相比，其跨层电导率实现了100倍的提高。该材料有助于解决石墨烯规模化应用面临的层状堆垛、晶体质量调控、离子输运通道、体积效应等问题，为石墨烯的储能电极应用奠定了基础。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191)上。
　　此外，为了解决石墨烯电极中低自由电子浓度导致的电导率不够理想的问题，研究人员将富含自由电子的铜纳米粒子引入到材料体系中，在 Cu与石墨烯界面形成了稳定的 Cu-C键，从而通过电子注入实现了复合材料超高的导电性能，电导率达到与纯金属接近的 0.37×107 S m-1， 是纯石墨烯的 3000倍。进一步利用 X射线吸收精细结构（ XAFS）光谱，结合密度函数理论（ DFT）模拟揭示了界面结构对电导率的影响，该结果对于石墨烯的电导率调制以满足不同应用具有重要意义。相关研究成果发表在 Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319(2023))上。
　　上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省科技重大专项、安徽省重点研发计划等项目的支持。
　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202305191
　　https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1385894723008707
       文章来源：合肥研究院
       王振洋，男，理学博士，中国科学技术大学博士生导师，中国科学院合肥固体物理研究所研究员，中科院光伏与节能材料重点实验室副主任，智能微纳器件研究室主任。2006年在中国科学院固体物理研究所获凝聚态物理专业博士学位，毕业后一直在中国科学院合肥物质科学研究院工作，2010-2011年在德国明斯特大学做高级访问学者。目前兼任武汉大学兼职硕士生导师，中国建筑节能协会寒区旱区专业委员会主任。 主要研究方向为智能控热材料与特种储能器件。近年来，先后包括973计划课题、中科院重要方向性项目、国家自然科学基金等国家和省部级课题25项。近年来在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Power. Source、Carbon、Chem. Eng. J、Adv. Funct. Mater.、等期刊发表SCI论文150多篇，获发明专利25项。2014年获得安徽省科学技术一等奖,2021年获得安徽省科技进步三等奖。