本网讯：6月20日，国家自然科学基金委网站报道了我校冶金与环境学院周向阳教授课题组与香港理工大学Limin Zhou课题组合作在纳米多孔储能材料研究领域取得的重要进展。（http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab38/info44650.htm）。

纳米多孔结构的碳材料由于具有大比表面积、丰富的孔径结构以及纳米尺寸的特性，在储能领域应用潜力巨大，引起了人们的高度重视。然而，对于多孔材料在纳米尺度上，面向不同储能需求的多功能组合和调控仍是目前材料领域的一个难点问题。

在国家自然科学基金项目（批准号：51274240）的资助下，该合作团队在一维与二维纳米多孔碳材料的制备、表征及形貌结构控制的过程机理方面的研究取得了重要进展，相关研究成果分别在能源领域著名杂志《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）以及《纳米能源》(Nano Energy)上发表。

为了获得同时具有高石墨化度和大比表面积的碳纳米纤维，该合作团队创新性地利用纳米镍颗粒在无定形碳纤维基体中的催化石墨化原理，结合静电纺丝和化学活化技术，设计和制备了具有丰富石墨化隧道的“N-掺杂活化碳纳米纤维”（ANHTGCNs）；研究还发现，该材料作为锂离子电池负极材料时，具有高达1560 mAh/g的比容量，是目前商用石墨负极的4倍多，同时表现出优异的循环与倍率性能。下图为ANHTGCNs材料的制备过程（详细研究见论文DOI:10.1039/C4EE00148F）。该研究所提出的通过控制金属颗粒的扩散路径调节无定形碳石墨化结构的方法，为具有特殊石墨化结构的一维碳纳米材料制备提供了一条全新的思路。

另外，周向阳教授课题组自2007年开始致力于高品质石墨烯的规模化制备及其在储能领域的应用研究，最近与Limin Zhou教授课题组共同开发了一种基于液相原位生长技术的防止石墨烯片层团聚新方法（DOI:10.1016/j.nanoen.2014.05.008），该方法包括在高度分散的氧化石墨烯表面生长尺寸可控的二氧化硅保护层、后续的热处理及二氧化硅的选择性刻蚀等步骤。该方法成功克服了氧化石墨烯在还原过程中的团聚，获得了各项物理性能优良的超轻石墨烯粉体；所合成石墨烯作为锂离子电池负极材料时，表现出了优异的循环性能及倍率特性。该研究对少层石墨烯粉体的规模化低成本制备以及石墨烯的广泛应用具有重要意义。

背景材料：

周向阳教授课题组——主要从事多尺度孔材料及其应用方面的研究，在多孔铝、多孔铅、层次孔炭和多孔金属陶瓷等多孔材料的可控制备及其在冶金节能与电化学储能领域应用方面取得多项成果。所开发基于“缓释发泡”的闭孔泡沫铝低成本生产新技术已实现产业化，所研制多孔铅阳极可实现湿法炼锌工艺节能3%以上，所提出具有预留孔结构第二相与高容量Si、Sn、S复合的思路极大地提升了这些高容量储能材料的综合电化学性能。该课题组近五年在“Energy & Environmental Sciences”与“Nano Energy”等高水平杂志上发表SCI论文40余篇，获国家授权发明专利20余项。

碳纳米纤维——典型的一维碳材料，具有独特的纳米结构和物理性质，然而无定形碳纤维较低的石墨化度和较小的比表面积限制了其在锂离子电池等储能器件中的性能发挥。

石墨烯——一种二维碳纳米材料。由于具有高电子传输能力、优异的机械性能以及良好的化学稳定性和热稳定性，成为了诸多领域的研究热点。广阔的应用范围和良好的应用前景使得石墨烯的规模化制备成为各项研究工作的基础问题。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，采用微机械剥离法成功地从石墨中分离出石墨烯，首次证实石墨烯可以单独存在。这之后，包括外延生长法、气相沉积法和氧化石墨还原法等在内的石墨烯制备技术相继被开发并引发研究热潮。在各种方法中，氧化石墨烯的还原被认为是一种低成本、高产率的适用于大规模生产石墨烯的方法，但无论是高温热还原还是液相还原，由于较强范德华力的存在，氧化石墨烯在还原的过程中很容易自发团聚和堆砌，从而失去了石墨烯的二维结构特性。