石墨烯製備實現高導電性高比表麵積

日前，中國科學院電工研究所馬衍偉研究團隊在石墨烯量化製備及高性能石墨烯基超級電容器方麵取得了重要進展，以二氧化碳為原料，采用自蔓延高溫合成技術，成功實現了兼具高導電性和高比表麵積石墨烯粉體的快速、綠色、低成本製備。其研究結果已發表於國際期刊《先進材料》，並申請了國家發明專利和PCT專利。

石墨烯是單獨存在的具有二維有序結構的單層石墨片。石墨烯具有優異的力學、熱學、電學性能和光學性質，是目前所知強度最高的材料。石墨烯作為新型材料一直備受國內重視，但高品質石墨烯大規模製備一直是世界性難題。石墨烯規模化製備技術路線主要基於兩種方法即物理法和化學法，物理法-膨脹石墨剝離法和化學法-氧化石墨還原法，但是前者通常得到的是低比表麵積的多層石墨片，而後者製備的石墨烯由於殘留的氧官能基團和結構缺陷導致低導電性，嚴重製約了石墨烯的潛在應用。

上述問題，中國科學院電工研究所馬衍偉研究團隊采用二氧化碳為原料，金屬鎂粉為還原劑，納米氧化鎂為模板劑，通過鎂粉在二氧化碳氣氛中自蔓延燃燒方式，成功製備出富含介孔結構的石墨烯。

前所製的石墨烯電導率高達13000 S/m，比表麵積為709 m2/g，綜合性能優異，並在離子液體電解液中表現出優越的電化學性能。基於電極材料的比電容高達244 F/g，能量密度高達136 Wh/kg，功率密度高達1000 kW/kg，循環100萬周後，容量保持率仍大於90%。該石墨烯製備方法反應過程耗時短、環境友好、成本低、易於工業化推廣，將有力促進石墨烯在超級電容器等儲能領域中的實際應用。