从生物质制备多孔石墨烯研究取得新进展 | 海南大学 | Hainan University

生物质是地球上雄厚、可再生的绿色资源，每年以约1640亿吨的速度赓续再生，是制备炭材料的重要质料之一。生物炭是硬炭结构，它由石墨微晶和无定形区组成，短程有序而长程无序，宏观上不呈现晶体的性子，其中还存在大量微孔和缺陷。同时因为不具有长程有序的完备石墨结构、导电性能差，这些制约了硬炭的应用。长期以来，人们一向盼望通过改变硬炭的微观结构，从而进步它的性能。最直接的方法就是石墨化，使石墨微晶长大成完备的石墨片层结构，同时消弭硬炭结构中的缺陷、空穴和官能团，进步晶体完备性、导电率和导热性能，从而扩展它的应用领域和范围。然而生物质在热处理过程中形成的硬炭结构，属于难石墨化炭，即使高达3000℃时也难以得到规整的石墨结构。

最近，海南大学材料与化工学院研究生夏靳松在陈永教授的引导下，发展了一种以碳酸盐作为熔盐介质和催化剂的低温石墨化方法，在900℃实现了椰壳生物炭从硬炭结构变化为三维多孔石墨烯的高效制备。首先行使碳酸钾将硬炭中的sp3交联碳原子进行化学裁剪，离开约束的石墨微晶能够在熔盐中自由移动，再经碱金属原子的催化作用，石墨微晶合并长大形成石墨烯片层结构；同时碱金属碳酸盐的造孔作用使该材料兼具多孔结构，得到具有高比外观积的三维多孔石墨烯。而完备的石墨结构，使得该三维多孔石墨烯具有很高的导电性能，电导率达到32.14 S/cm，用于超级电容器储能器件中，取得了优秀的结果。     

图1、椰壳基石墨烯的扫描电镜图（a）及放大图（b），透射电镜图（c）和高分辨透射电镜图（d）.

相对于传统的3000℃石墨化温度，该方法极大地节约了能源，是一种工艺简单、成本低廉、易于产业化制备石墨烯的新工艺。不仅首次破解了硬炭结构难以石墨化的难题，也为生物质资源的高值化行使拓荒出了一条值得探索的道路，因而具有紧张理论意义和潜在的应用价值。

该项目得到了国家天然科学基金(51362009)、科技发展专项(ZY2016HN07)、海南省国际合作专项(KJHZ2015-02)和南海海洋资源行使国家重点实验室的资助。相干成果于12月20日在Green Chemistry上在线发表（DOI: 10.1039/C7GC03426A）。文章链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/gc/c7gc03426a#!divAbstract。