香港理工大学liang an课题组–三维石墨烯基材料的研究进展 | 山东利特纳米技术有限公司-pg电子免费版

近年来，由未堆叠的二维（2d）石墨烯片作为构建模块组成的三维（3d）石墨烯材料已被广泛报道。已经采用各种合成方法来制备具有不同3d结构的石墨烯材料，其在诸如能量和环境技术的广泛应用中显示出潜力。特别地，近年来经常报道3d石墨烯材料在基于金属（li、na、k、mg、al）-离子电池（mib）系统中的应用。然而，3d石墨烯材料在mib系统中的关键作用尚未得到全面讨论。在此，我们首先总结3d石墨烯材料的结构和制备。其次，我们说明了石墨烯层中金属离子的存储机制，即嵌入和吸附。第三，我们强调了3d石墨烯架构作为mib应用中支撑和封装材料的优越功能。最后，我们讨论了mib系统中各种3d石墨烯架构的优缺点。我们的目标是全面了解3d石墨烯材料，并指导未来mib设计的方向。

figure 1. （a）皱折石墨烯球的结构和制备示意图；（b-d）由不同go浓度制备的褶皱石墨烯球的sem图；（e-g）分别为（b-d）的高倍放大sem图。

figure 2. （a）通过微爆炸方法制备石墨烯涡卷的示意图；（b-e）不同放大率下石墨烯的tem图。

figure 3. （a）碳纳米纤维的低倍放大sem图；（b）具有表面石墨烯片的碳纳米纤维的高倍放大sem图像；（c和d）具有表面石墨烯片的碳纳米纤维的tem图像；（e）制备石墨烯纤维的方案；（f）具有表面石墨烯片的碳纳米纤维的sem图像；（g和h）生长4小时，甲烷浓度为11.1％的石墨烯纤维的sem图像；（i和j）生长10小时，甲烷浓度为11.1％的石墨烯纤维的sem图像；（k）石墨烯纤维膜的光学图像。

figure 4. （a）3d石墨烯笼合成的方案说明；（b）石墨烯包封si微粒的tem图像；（c）显示石墨烯笼分层结构的hrtem图像；（d）去除si微粒后的中空石墨烯笼；（e）构建具有最佳空隙空间石墨烯笼的示意图；（f）重量比21％硫包覆sno₂@石墨烯的tem图像；（g）粗略制备用于比较的sno₂@graphene的tem图像。

figure 5. （a）电压窗口在0.3和0.001 v之间（相对于li/li ），几层石墨烯的放电曲线；（b）电压窗口在0.3和0.001 v之间（相对于li/li ），石墨的放电曲线；（c和d）几层石墨烯的阴极和阳极cv扫描，log(i)对log(v)计算的斜率值；（e）表面控制过程和扩散控制过程的贡献;（f）随着li浓度增加，锂离子在石墨烯表面上的分布示意图。

figure 6. （a）在0-2 v的电压窗口中，第一次放电/充电期间收集的原位xrd图案，电流密度为0.05 c；（b）c 1s光谱的非原位xps；（c）na 1s光谱的非原位xps；（d）石墨烯基面中不同类型的缺陷部位；（e）具有钠离子的给定缺陷部位的化学吸附能量的dft计算数据；（f）放电前样品的hrtem图像；（g）放电至0.005 v后样品的hrtem图像。

figure 7. （a）柔性的lto/lfp/gf全电池的倍率性能；（b）10 c下，lto/lfp/gf全电池的循环性能；（c）gb涂覆在ncm上的示意图；（d和f）原始ncm的sem图像；（e和g）石墨烯球涂覆后ncm的sem图像；（h和i）石墨烯层位于lini_0.6co_0.1mn_0.3o₂的初级颗粒之间或涂覆在其上；（j）在60 c、25 c、5 c下，gb-ncm/gb全电池的循环寿命。

figure 7. （a）na₃v₂(po₄)₃的晶体结构；（b-e）3d石墨烯/c/nvp复合材料的sem图像和tem图像；（f和g）在10 c和40 c下，3d石墨烯/c/nvp复合材料的钠储存性质；（h）na₇v₄(p₂o₇)₄(po₄)的晶体结构；（i和j）3d石墨烯/c/na₇v₄(p₂o₇)₄(po₄)复合物的sem图像和tem图像；（k和l）3d石墨烯/c/ na₇v₄(p₂o₇)₄(po₄)复合物的钠储存性质。

相关研究成果于2019年由香港理工大学liang an课题组，发表在energy environ. sci.（doi: 10.1039/c8ee03014f）上。原文：advances in three-dimensional graphene-based materials: configurations, preparation and application in secondary metal (li, na, k, mg, al)-ion batteries。

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