《石墨烯和多孔石墨烯材料的化学性质和应用前景》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-04-27
  • 多孔材料(PMs)具有可调的孔隙率、高比表面积(SSA)等优异的化学和物理性质,因而在储能、催化、气体吸附和分离等领域受到广泛关注。尤其是其极高的表面积与质量或体积之比使得在表面和内部多孔空间中都可以与各种有机或无机物质发生紧密的相互作用。石墨烯是一种典型的sp 2 杂化碳二维(2D)薄片,具有高SSA、高杨氏模量、高固有电子迁移率等优异化学和物理性能。其中,氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)是两种典型的含有氧化基团和缺陷的单层石墨烯衍生物。此外,它们可以通过sp、sp 2 和sp 3 杂化轨道与许多不同的原子键合,从而生产出可有效结合PMs和石墨烯优点的多孔石墨烯(PG)。目前,石墨烯和氧化石墨烯(GO)作为两种独特的材料,渗透到几乎所有的研究领域,而多孔石墨烯材料(PGMs)结合了多孔材料和石墨烯的优点。因此,对石墨烯和PGMs进行总结显得非常有必要! 成果简介 基于此, 中国科学院沈阳金属研究所的成会明研究员和中国科学院大连化学物理研究所的吴忠帅研究员(共同通讯作者) 联合总结报道了石墨烯和多孔石墨烯材料的化学性质和应用前景。在本文中,首先介绍了功能化石墨烯和GO的化学性质和处理方法,并介绍了构建多孔的典型步骤(面内孔、2D层状孔和3D互连孔组件等)。其次,总结了自组装以及定制PGMs的机制以突出显示精确控制孔的形态和孔径的意义。由于PGMs具有独特的孔结构、不同的形态和优异的性能,因此它们在能量存储、电催化和分子分离等各种应用中用作关键成分。最后,讨论了从了解化学自组装到特定应用中与PGMs相关的挑战,并提出了如何解决这些挑战的方案。总之,这为了解PGMs的化学性质和未来的应用发展提供了深刻见解。研究成果以题为 “The Chemistry and Promising Applications of Graphene and Porous Graphene Materials” 发布在国际著名期刊 Adv. Funct. Mater. 上。

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    • 编译者:chenfang
    • 发布时间:2016-05-17
    • 韩国首尔的建国大学发表了一篇文章,文章中主要讲述了石墨烯是二维原子晶体,并且由于它的发展已经在研究和工业的许多新颖的方式得到应用。石墨烯具有独特的性质,它已在许多应用中,包括传感器,电池,燃料电池,超级电容器,晶体管,高强度机械组件,并且显示屏幕的移动设备被使用。在过去的十年中,石墨烯的生物医学应用已经吸引了很大的兴趣。石墨烯已经报道了具有抗菌,抗血小板,和抗癌活性。石墨烯的几个显着特点,使其成为生物和生物医学应用的潜在候选。合成,毒性,生物相容性和石墨烯的生物医学应用是需要任何形式的与人类福祉的应用严查根本问题。因此,本次审查涉及可用于石墨烯合成,特别提到生物合成的各种方法,并配有突出石墨烯的生物应用,重点是癌症治疗,药物递送,生物成像和组织工程,一起面临的挑战和石墨烯的未来前景简短的讨论。希望能提供在石墨烯研究的最新进展进行全面审查,从合成到应用程序。
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    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-07-02
    • 布朗大学的一个研究小组发现了一种方法,可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍。《Matter》杂志描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场。 “人们对用陶瓷材料取代现有电池中的电解液非常感兴趣,因为它们更安全,而且能提供更高的能量密度,”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到目前为止,对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项工作中,我们将重点放在机械性能上,希望能使它们更安全、更实用、更广泛地使用。” 电解液是电池正极和负极之间的屏障,锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质工作得很好——它们被发现存在于今天使用的大多数电池中——但它们有一些问题。在大电流下,电解液内部会形成微小的锂金属丝,从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的,这些短裤可能导致火灾。 固体陶瓷电解质是不易燃的,有证据表明它们可以防止锂丝的形成,而锂丝可以使电池在更高的电流下工作。然而,陶瓷是高脆性材料,在制造和使用过程中可能会断裂。 在这项新研究中,研究人员想知道,在陶瓷中注入石墨烯——一种超强碳基纳米材料——能否提高材料的断裂韧性(一种材料承受开裂而不崩解的能力),同时保持电解质功能所需的电子特性。 阿萨纳苏与布朗大学工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔合作,他们多年来一直在使用纳米材料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项工作中,研究人员制造了氧化石墨烯的微小血小板,将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末混合,然后将混合物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合材料。 对复合材料的力学测试表明,与单独使用陶瓷相比,复合材料的韧性增加了两倍以上。“发生的情况是,当材料开始开裂时,石墨烯血小板将破裂的表面粘合在一起,因此需要更多的能量来维持裂纹的运行,”Athanasiou说。 实验还表明,石墨烯不会影响材料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法达到增韧效果。过多会导致材料导电,这在电解质中是不需要的。 “你希望电解质能传导离子,而不是电,”帕图尔说。“石墨烯是一种良好的导电体,因此人们可能会认为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。”但如果我们将浓度保持在足够低的水平,就可以阻止石墨烯导电,同时我们仍能获得结构上的好处。” 综合来看,这些结果表明,纳米复合材料可以提供一条道路,使力学性能更安全的固体电解质用于日常应用。该小组计划继续改进这种材料,尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质。 “据我们所知,这是迄今为止所制造的最坚硬的固态电解质,”Sheldon说。“我认为,我们所展示的是,在电池应用中使用这些复合材料有很大的前景。”