【原创】3D石墨烯的制备方法

中国粉体网讯  石墨烯是由单层碳原子（sp²杂化）六方键合而成的二维晶体材料，其理论比表面积可达2600m²/g，室温下，既有较突出的导电性能和力学性能，又具有较高的电子迁移率。但是石墨烯往往会因受π－π相互作用而团聚、堆积，导致比表面积缩小，电阻增大，性能大幅降低，从而限制其应用。三维石墨烯的出现不仅解决了上述问题，还因为其质轻、体积易控制、易加工及良好的机械性能等备受关注。

这种复合材料目前的合成方式一般有水热/溶剂法、构筑模板法、有机溶胶凝胶法、化学气相沉积法和化学还原法。

1 水热/溶剂法

水热法是在特定的密闭反应器（高压釜）中，利用水溶液作为反应体系，将反应体系加热至临界温度，在体系中产生高压环境再进行无机合成、材料制备。水热法的溶剂是水，所以仅适用于氧化物材料或对水不敏感的硫化物的制备。利用有机溶剂代替水，在新的溶剂体系中设计出新的合成方法，就是溶剂法。

水热/溶剂法的优点是反应在密闭容器中进行，减少了环境污染，制备得到的纳米材料分散结晶性良好。

2 构筑模板法

是指在3D支架或多层薄膜中产生结构明确的3D多孔网状结构，促进所需材料的生长，再利用一定的化学物质将模板刻蚀掉，最终得到相应的三维石墨烯。

3 有机溶胶凝胶法

首先将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，再聚合，进而成为溶胶，生成具有一定空间结构的凝胶，经过陈化、干燥和热处理或添加改性剂来进行控制并制备出所需材料。其中陈化使凝胶骨架的强度增强，干燥过程中的收缩减少，获得较大的孔径或孔隙率。

4 化学气相沉积法（CVD）

指反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

上图为常压下CVD法生长三维石墨烯的整个系统的示意图。整个系统包括气源、质量流量控制器、CVD 管式炉、气体排除装置和冻干装置5大部分，其中气体有 CH₄、H₂、Ar 3路气体。

5 化学还原法

是在氧化石墨烯和其他金属盐溶液的混合物中加入NaBH₄等还原性物质，发生化学反应，最终获得复合材料。