李鑫恒课题组：石墨烯复合材料及器件研究取得新进展

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石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有高机械强度、良好导电导热性、大比表面积、良好化学稳定性等优点，在能量储存、电子器件、传感材料、催化剂、防腐涂料等领域展现出了极为广阔的潜在应用前景。目前，石墨烯的应用主要采用复合材料的途径进行性能的提升，其制备方法主要包括化学还原法、水热法、溶胶凝胶法和电化学法。
　　中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室李鑫恒团队结合电化学等技术发展了石墨烯复合材料的制备方法，分别制备出了均匀性好、结合力强的金属氧化物、聚苯胺、磷化物石墨烯复合材料，成本低廉、环境友好、适于规模化生产（图1）。

图1. 1，2分别为三维石墨烯宏观体材料和石墨烯复合材料；3，4分别为石墨烯纳米片以及沉积在石墨烯表面的纳米颗粒。

　　该制备方法有效地解决了以往方法可控性差、石墨烯叠层、纳米粒子团聚、结构易崩塌等问题。氧化锰表现出了良好的单分散性，石墨烯片层没有明显的层叠，且具有多孔性（图2）。该方法易于制备克量级复合材料。研究人员将制备的复合材料组装成不对称水性超级电容器，具有柔性可折叠（图3）、无粘涂剂、环保（水性电解质）等优点。组装的超级电容器功率密度明显地大于40Wh/Kg以上，循环2000次后仍保持初始容量的80%以上。将复合材料应用于电催化电极材料，极大地降低了过电势。

图2. 复合材料实例--石墨烯-二氧化锰三维多孔复合材料。2a,b为扫描电镜图，2e,f为复合材料的透射电镜图。

图3. 组装的柔性超级电容器实物图片。

　　该方法部分已获得国家发明专利授权，授权号：ZL 201610423614.X。前期研究工作发表在J.Mater.Chem A 2017，05，4629。
　　以上工作得到了国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、苏州市重点产业技术创新基金、兰州化物所特聘人才项目、羰基合成与选择氧化国家重点实验室的支持。


       文章来源：兰州化物所
      李鑫恒，中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室研究员。2007年日本东京工业大学物质电子化学系获得博士学位。2002-2012年间，先后在日本东京工业大学、新加坡国立大学、日本九州大学从事科学研究工作，在异质结构纳米材料、一维半导体纳米棒、金属纳米晶的组装和粒子间光电耦联效应（表面等离子激元相互作用）、单电子晶体管、生物传感器和纳米催化积累了丰富的研究经验。2012年2月被中国科学院兰州化学物理研究所引进回国,聘为研究员。在J. Am. Chem. Soc.、Langmuir、J. Phys. Chem. B等国际一流期刊已发表30篇论文和著作，申请国内专利和国际专利各1项。