近年來，以碳納米管和石墨烯為代表的sp2雜化納米碳材料，既具有非常優(yōu)異的力學、電學、熱學、光學等本征物理性能，還可通過原子摻雜、官能團嫁接、表面修飾等實現(xiàn)其界面化學特性的調(diào)控，提升其宏觀性能而成為研究熱點。

　　但是，由于納米材料之間較強的相互作用，碳納米管和石墨烯容易發(fā)生聚團或堆疊，從而阻礙了低維納米材料的優(yōu)異性能在三維宏觀材料和器件中的發(fā)揮，限制了其在復合材料、電化學儲能、多相催化等領域的應用。

　　因此，發(fā)展多維度、多組分、多功能納米碳材料相關的新概念和新型制備方法是實現(xiàn)其性能提升和工業(yè)應用的關鍵所在，而最具代表的莫過于三維石墨烯及其復合材料。

　　在2018年4月24-25日在蘇州“2018低維碳納米材料制備及應用技術(shù)交流會”上，任教于北卡羅萊納州中央大學的戴貴平教授將會為您詳細講解《三維石墨烯與氮沉積碳納米管復合材料的制備》。

　　人物簡介：

　　戴貴平，任教于北卡羅萊納州中央大學，并在南昌大學兼職教授，同時還是超威集團的首席科學家。戴教授在石墨烯，氧化石墨烯，碳納米管，和其他新型碳納米材料（主要包括化學氣相沉積、等離子弧、電弧放電、化學溶液法等）方面有廣泛的研究經(jīng)驗。

　　此外，他還致力于研究這些材料在電池、超級電容器、電化學儲能上的應用。戴教授也是全球?qū)＜艺心加媱澋慕艹鰧＜抑弧?br/>
　　關于超威集團：

　　超威集團創(chuàng)立于1998年，主要致力于動力與儲能電池的研發(fā)生產(chǎn)，是全球領先的專業(yè)綠色能源解決方案提供商。

　　超威集團于2010年在香港主板上市，現(xiàn)有職工2萬多人，在全球擁有108家子分公司,綜合實力位居“中國企業(yè)500強”第162位、“制造業(yè)500強”第67位，中國民企500強第30位，中國輕工百強企業(yè)第6位、電池行業(yè)首位。

　　三維石墨烯的制備：

　　石墨烯是具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的平面2D層狀材料。3D石墨烯則由2D石墨烯片整合而成，具有特定的3D微/納米結(jié)構(gòu)。迄今為止，研究者已建立了制備3D石墨烯的多種方法(如圖1所示)，例如：

　　(1)定向流動組裝法：將氧化石墨烯(GO)溶液通過多孔膜抽濾后，用化學法對其進行還原得到無支載3DrGO紙(圖1a，b)；

　　(2)溶劑/水熱法：如對GO薄膜進行水熱還原時，利用添加物質(zhì)產(chǎn)生的CO2和H2O致使rGO的體積膨脹得到3D多孔材料(圖1c，d)；

　　(3)模板界面組裝法：如以GO溶液表面凝結(jié)的水滴為模板誘導GO自組裝，經(jīng)后續(xù)干燥及薄膜高溫分解促使GO熱還原，形成彈性疏水的3DrGO薄膜(圖1e，f)；

　　(4)化學氣相沉積法(CVD)：如以三維多孔鎳膜為模板，高溫分解甲烷生長石墨烯，用鹽酸或FeCl3蝕刻掉模板鎳得到具有貫穿式孔結(jié)構(gòu)的三維石墨烯泡沫(3DGF)

　　3D結(jié)構(gòu)可以賦予石墨烯組裝體獨特的性質(zhì)，如柔韌性、多孔性、高活性比表面積、優(yōu)異的傳質(zhì)性能等。因此，近年來國內(nèi)外對3D石墨烯材料的制備及應用研究十分活躍。

　　N-CNT的制備：

　　對CNTs進行異原子摻雜，可調(diào)控CNTs的性質(zhì)。氮原子的半徑與碳原子接近，容易進入碳納米管晶格形成C-N鍵，改變碳納米管的物理化學性質(zhì)，拓展碳納米管的應用范疇。

　　目前，氮摻雜碳納米管（N-CNTs）的制備方法可以分為3種：

　?。?）同步原位摻雜，即在CNTs的生長過程中進行摻雜；

　?。?）高溫碳化含氮高分子；

　　（3）在含氮條件下，對碳納米管進行后處理，如采用等離子體、球磨、水熱等方法進行氮摻雜。

　　根據(jù)摻雜氮在碳納米管中的形態(tài)可以分為石墨化氮（N-Q）、氧化吡啶氮（N-6）、吡咯氮（N-5）、氧化吡啶（N-X）、-NO2以及-NH2等。不同方法制備的N-CNTs具有含量不同的各摻氮形態(tài)，致使N-CNTs在催化、儲能等方面的性能不同。

　　3D石墨烯與N-CNTs復合材料優(yōu)勢：

　　在2018年4月24-25日在蘇州“2018低維碳納米材料制備及應用技術(shù)交流會”上，戴貴平教授所要提到的三維石墨烯與氮沉積碳納米管復合材料實現(xiàn)了碳納米管與石墨烯實現(xiàn)了原子尺度的鏈接。

　　這種獨特的結(jié)構(gòu)不僅為電子傳輸和離子擴散提供了三維聯(lián)通的網(wǎng)絡，而且氮原子在碳骨架的改性能夠顯著改變表面電子分布，進一步提高電子電導率。

　　除此之外，由于氮原子的引入也會促進碳材料的表面吸附性能和電化學活性，這一特征將顯著促進多硫化鋰的吸附，對鋰硫電池的研究有著重大意義。