23日下午， 中国科学院山西煤炭化学研究所研究员做了关于石墨烯与多孔炭的批量制备与超级电容应用方面的介绍。

石墨烯是当前社会各界关注的热点。自从2004年发现以来，它已展现出许多优异的特性，比如说，高的电导率和热导率，以及较大的比表面积。石墨烯翻开了二维材料的新篇章，有望带来储能、热管理和电子等领域的技术革命。

煤化所研究员详细介绍了中科院山西煤炭化学研究所关于石墨烯的技术的研究进展：

首先，石墨烯的片径和层数等微观结构，都会影响它的电子结构、导电导热和润湿等性能，从而决定它在储能、功能材料和催化等领域的应用效果。这是石墨烯领域的共性关键科学问题之一。煤化所通过化学剪裁获得了小片径石墨烯，这种石墨烯的边缘非常丰富，量子电容更高，作为超级电容器电极时，储能性能大幅提升。煤化所还利用边缘效应，首次通过碳热反应合成了高品质的碳化硅晶须，并确认了晶须的边缘形核机制。除了片径，含氧官能团作用也很大，通过对氧化石墨烯梯度热还原，研究含氧官能团分解与转化的化学反应机制，并进一步建立了与电化学性能的构效关系，证实了水系电解液中，官能团对赝电容的贡献。在氨气中对石墨烯热处理，获得了高氮杂石墨烯，深入研究了氮原子的化学嵌入机制。此外，煤化所还发明了新型的火焰等离子体法，对氧化石墨烯热还原并同步掺氮。实验表明，掺氮石墨烯的电化学性能大幅提升。

其次，由于石墨烯粉体的密度极低，虽然纳米尺度上性能非常优异，但在应用时却容易团聚，性能难以发挥，加工也比较困难。为此，煤化所提出两个解决方案：第一，把石墨烯作为功能填料，通过纳米分散和界面调控，与油墨和高分子基材高效复合，提升材料性能；第二，可把石墨烯作为基本结构单元，组装薄膜、泡沫等结构/功能一体化宏观体材料，并保持其原有的纳米效应。

第三，在纳米复合方面，煤化所突破了石墨烯在液相中的纳米分散技术，将石墨烯分别引入导电油墨和高分子材料中，仅仅微量的石墨烯添加就可以大幅改善材料的力学、导电和导热等性能。煤化所还进一步形成了柔性电子等器件的应用示范，这些工作已经成为石墨烯复合应用的典型案例。

第四，在宏观组装方面，煤化所在国际上首创了气液界面自组装成膜技术，获得了大面积的无支撑氧化石墨烯薄膜。薄膜展现出非常优异的力学和光学性能，制膜周期缩短为原来的1/3。现在已成为该学术领域的经典方法。

第五，由于氧化石墨烯薄膜不导电，煤化所首次采用热压炭化，在保持薄膜形貌的同时，实现深度还原。薄膜电导率提升了7个数量级。。，热导率超过1000W/m.K。

第六，由于还原后的石墨烯薄膜力学性能下降，煤化所在制膜过程中引入短切碳纤维，获得了多级结构的碳/碳复合薄膜，材料的柔韧性和导热性能均大幅提升，论文以内封面形式发表在《先进功能材料》杂志，引起很大反响。

第七，煤化所还沿用宏观组装的思路和方法，面向超级电容应用，利用模板法设计组装了多孔结构石墨烯薄膜；面向热防护领域，设计并构筑了多级结构的石墨烯/碳化硅碳陶复合薄膜，均获得了成功。

煤化所研究团队始终立足材料化学与化工学科基础，依托煤化所在炭材料领域的深厚积淀，面向石墨烯的批量化制备与应用，开展了石墨烯表面化学与宏观组装等共性科学问题研究。探明了内在的反应机理，开发了先进技术方法，为实现石墨烯的“料要成材，材要成器，器要成用”奠定了基础，力求促进我国石墨烯的产业化进程。