[00142646]石墨烯宏观结构制备及其储能应用基础研究

石墨烯具有比表面积大和导电性高等优异的本征性能,在电化学储能领域极具潜力。然而,将石墨烯加工成薄膜、块体等宏观体时存在本征性能难以保持的关键科学问题,制约了其储能应用。该项目在发展高质量石墨烯制备技术基础上,从“离子--聚合物--纳米结构”三个层面对石墨烯的组装行为和宏观结构进行调控,创建了离子交联、电化学共聚合和纳米结构杂化等石墨烯宏观体制备的新方法,突破了石墨烯宏观体大尺寸、规模化制备的瓶颈,开发出高性能石墨烯宏观复合体新型电极材料,构筑出石墨烯储能原型器件,获得了国际同行的高度关注,实现了部分新材料的推广应用。 1、提出了“离子交联”自组装制备石墨烯宏观体的新策略 为了解决石墨烯自支撑宏观体力学性能差和活性比表面积小等问题,该项目在发展大尺寸氧化石墨烯制备技术基础上,率先提出了“离子交联”自组装策略,研制出力学性能好（拉伸强度386 MPa）和导电性高（211 S/cm）的石墨烯泡沫和薄膜等多种宏观体,在大尺寸、规模化制备方面具有显著优势,开发出高质量单层石墨烯（单层率大于99%）及其宏观体等多种产品,创立江苏先丰纳米材料科技有限公司等企业进行产品的生产和销售,该类产品累计销售额逾2700万元。 2、提出了“电化学共聚合”制备石墨烯复合薄膜的新方法 利用氧化石墨烯和共轭分子的共聚合能力,首次提出了石墨烯与共轭分子的“电化学共聚合”方法,直接在集流体上沉积石墨烯和导电聚合物复合薄膜,解决了石墨烯、导电聚合物和集流体之间的界面结合问题,保持了石墨烯从液相到固相的均匀分散结构和本征性能,研制出高容量（640 F/g）、大面积的石墨烯基电极,揭示了高分散石墨烯对提高复合薄膜导电性和稳定性的关键作用,设计出柔性储能原型器件。 3、发展了石墨烯-碳纳米管杂化结构的新型储能电极平台 在国际上较早开展了石墨烯-碳纳米管杂化结构电化学电极这一前沿研究,充分发挥石墨烯和碳纳米管的协同作用,研制出碳纳米管占比可调（最高质量占比可达75%）和导电性高（117 S/cm）的石墨烯基宏观体,实现了电荷传输和离子扩散的增益（内阻1.25 Ω）,引领了石墨烯-碳纳米管杂化结构材料在储能领域的发展。开发出的石墨烯-碳纳米管复合导电薄膜作为电极材料服务于泰兴市中全新能源技术有限公司等下游储能企业,并作为关键材料用于中国航天科工运载技术研究院科研项目。 该项目5篇代表性论文发表在Adv. Funct. Mater.、Nanoscale、J. Phys. Chem. C、中国科学:材料、科学通报等国内外著名学术期刊上,被Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Funct. Mater.等国际权威学术期刊引用,SCI他引748次,单篇最高SCI他引344次,2篇入选ESI高被引论文。第一完成人（2015、2017年度）和第二完成人（2017年度）入选RSC期刊“Top1%高被引中国作者”榜单。依托该项目创新成果所研发的高质量石墨烯产品获得GB/T9001-2016/ISO9001:2015国际质量管理体系认证证书,入选“南京市新兴产业重点推广应用新产品（2018年）”。所创建的江苏先丰纳米材料科技有限公司荣获国家级“高新技术企业（2018年）”等荣誉称号。