ACS Nano最新综述：石墨烯与聚合物的碰撞

石墨烯作为目前已知导电性最强的材料，因此在很多领域特别是储能方面具有十分广泛的应用。近年来，利用石墨烯增强聚合物来构建多孔复合材料成为了研究的热点，有关这一主题的文章已超千篇。在利用这一思路得到多孔材料的同时，我们也可以通过控制其孔隙以及石墨烯与聚合物之间的相互作用来得到不同功能的材料，为此类材料带来了极大的应用前景。

近期，复旦大学高分子科学系徐宇曦课题组联合加州大学洛杉矶分校段镶锋，以及中南大学、湖南大学等多位学者，就石墨烯增强聚合物基复合材料撰写的综述发表在ACS Nano上，题为“Functional Three-Dimensional Graphene/Polymer Composites”。该综述系统的总结了近几年来石墨烯/聚合物基复合材料的发展，相应的合成方法以及优缺点，在各个领域中的应用等。

最后，论文对该材料所面临的科学机遇与挑战进行了展望，指出未来几年主要的发展方向为：（1）石墨烯与不同聚合物的自组装新方法（2）石墨烯与聚合物之间作用力以及界面之间的研究（3）其他功能化聚合物的引入。

Part 1 石墨烯聚合物复合材料合成策略

图一：石墨烯聚合物基复合材料的合成示意图。（从氧化石墨烯单体开始合成）

（i）以聚合物为交联剂进行3DGPCs合成（插图为聚乙烯亚胺与氧化石墨烯通过共价键或非共价相互作用构建的三维结构）。（ii）将聚合物与氧化石墨烯均匀分散，基于氧化石墨烯还原的自组装过程。（iii）将聚合物直接填充在合成的三维石墨烯结构中实现自组装。

Part 2 不同3DGPCs的具体合成方法

(a) 3D RGO/ PI复合材料的制备以及表征。(b) 3D RGO/聚苯胺混合气凝胶制备。(c) 3D RGO/聚吡咯气凝胶随GO/聚吡咯质量比不同，凝胶形态变化。(d)乳胶技术制备3D RGO/ NRL复合材料过程。

Part 3 石墨烯/聚合物基复合材料电极的制备

(a) 一步法电沉积制备三维石墨烯网络/PANI。(b) 两步电沉积制备RGO/聚苯胺电极。(c) 以PMMA颗粒作为模板制备RGO/聚苯胺空心球。(d) 利用层层自组装制备3D RGO/聚苯胺空心球。

Part 4 石墨烯聚合物凝胶

(a)三维RGO/ XPAA气凝胶制备过程示意图. (b) 3D RGO/ XPAA气凝胶的SEM图。(c)对三维RGO/ XPAA气凝胶压力测试。(d) 制备气凝胶对汽油的吸附，整个过程为35s。

Part 5 石墨烯与聚合物作用机理

如图为氧化石墨烯，APAM以及洋红分子的作用示意图，其中APAM与氧化石墨烯通过静电作用连接形成三维网状结构，洋红分子填充在网状结构之中。

Part 5 3DGPC的应用以及未来发展方向

一句话总结：随着人们生活水平的不断改善，对储能器件的需求越来越大。通过对孔隙以及作用力的控制可以得到具有不同功能的材料，为石墨烯/聚合物基材料的应用提供了很好的契机。

该成果近期发表在ACS Nano上，论文链接：Functional Three-Dimensional Graphene/Polymer Composites（ACS Nano 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b03349）