氣泡模板衍生法制備石墨烯多孔材料

　　最近，清華大學材料學院朱宏偉教授團隊和中國航發北京航空材料研究院何利民研究員合作在Advanced Functional Materials上發表文章，提出了一種在氣-液界面組裝制備石墨烯多孔材料的通用方法，該文入選了該期的內封底。

　　石墨烯多孔材料可兼具石墨烯優良的本征性質和多孔材料特殊的結構特性，具有密度低、孔隙率高、比表面積大、親油疏水、電導率高等性能，在吸附、阻尼減震、隔音阻熱、超級電容和應變傳感等領域具有潛在應用。

　　通過溶液自組裝方法制備的多孔材料通常由雜亂排列的石墨烯層片組成，與層片規則排列的結構相比，限制了結構的有效控制和性能調控。模板衍生法可誘導層片的規則組裝，然而，硬模板的去除需要用到有毒溶劑，且耗時較長。目前的研究中所用的軟模板法多為有機溶劑，有毒且穩定乳液體系的構建較難。因此，開發一種新的軟模板界面自組裝方法具有重要的研究價值。另外，不同維度的石墨烯多孔材料聚焦于不同的應用領域。目前，尚缺乏一種通用的方法調控多維度石墨烯多孔材料的微觀結構。

　　利用表面活性劑泡沫團聚體為模板，控制氧化石墨烯和氣泡混合液的穩定，冷凍干燥進行結構固定，后續高溫處理可同時還原氧化石墨烯和去除表面活性劑，得到三維石墨烯海綿。另外，將泡沫團聚體與刮涂制膜相結合，可制備大面積獨立自支撐的二維石墨烯多孔膜。多孔材料的結構由直徑為200~500 mm的有序球形大孔和孔間雜亂排列的小孔組成，可通過多渠道對結構進行有效調控。石墨烯海綿具有親油疏水的特性，對所探測的油類及有機溶劑的吸附能力處于較高水平，在污水處理、水油分離等方面具有應用潛力。將三維和二維的石墨烯多孔材料和彈性聚合物進行復合，可分別作為壓縮應變傳感器和拉伸應變傳感器的敏感材料，集成于可穿戴設備，用于人體運動探測。該氣泡衍生模板法有望拓展應用于其他納米材料宏觀功能體的自組裝。

　　論文的第一作者為中國航發北京航空材料研究院的張儒靜博士（清華大學2017屆博士畢業生），相關文章在線發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201705879）上。