生石灰催化生长三维多孔石墨烯

石墨烯，作为一种单原子层的纳米碳材料，具有非常优异的导电、导热、力学等性能，自诞生之日起便引起了学术界和产业界的广泛关注。随着储能技术的需要和发展，石墨烯的高导电性、表面化学易修饰性和独特可调的三维多孔结构使得其作为一种优异的电极材料备受研究。石墨烯材料的制备主要可以分为“自上而下”的剥离以获得石墨烯微片粉末或“自下而上”的化学气相沉积以得到石墨烯薄膜材料。前者易产业放大，然而产品缺陷较多，比表面积较低；后者所得石墨烯性能优异，但产量很低，难以实现产业应用需求。

近年来，清华大学化工系能源材料领域张强课题组一直致力于化学气相沉积石墨烯三维化的研究。独辟蹊径地，他们采用生石灰（氧化钙）作为催化模板，获得了独特可控的多孔石墨烯材料，用作锂硫电池的正极材料，获得了优异的倍率性能和稳定性。相关工作以主封面文章（《基于氧化钙模板生长的多孔石墨烯材料用于高倍率锂硫电池》）发表在国际著名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）的2016年第26卷第4期上。

多级结构的多孔石墨烯材料相比于氧化石墨烯具有更好的导电性、更高的石墨化程度和更高的比表面积；而相比于传统的金属表面的石墨烯具有更丰富的孔结构，也更易工业放大。研究表明，制备所选用的氧化钙的多孔结构和生长过程中的气体氛围对于产物的孔结构和石墨化程度有着明显的影响。该材料具有片层上的微孔，褶皱的介孔和支撑的大孔结构，可以增强界面结合、缩短离子传输、降低界面电阻、提供柔性骨架，用作锂硫电池的正极材料，倍率性能、稳定性和库伦效率都有大幅提高。在5.0 C的高放电电流密度下（即电池12分钟放电完毕），锂硫电池基于活性硫电极材料的可逆容量可达到656毫安时/克，基于正极整体质量的容量达到357毫安时/克，保持了0.1 C放电电流下容量的74 %。

张强表示，通过进一步的结构调控和表面化学修饰，这种多孔石墨烯材料在锂硫电池中的性能有望进一步提高。这种基于多孔氧化物模板制备三维石墨烯材料的思路，为新型石墨烯材料，已经高质量石墨烯材料的产业化提供了新的原理和思路。本工作的第一作者为博士生唐城。

http://onlinelibrary.wiley.com/resolve/doi?DOI=10.1002%2Fadfm.201503726

原文标题：CaO-Templated Growth of Hierarchical Porous Graphene for High-Power Lithium–Sulfur Battery Applications