Chem. Rev.: 3D石墨烯材料：从理解到设计与合成控制

碳材料及其不同的同素异形体在我们的日常生活和材料科学的发展中发挥着重要的作用。自2004年以来，继0D C60和1D碳纳米管之后，2D石墨烯材料以其独特的性能受到了广泛关注。为实现二维石墨烯片在储能转换、电化学催化、环境修复等领域的高效利用，近十年来，人们尝试用石墨烯片构建三维结构，诞生了新一代石墨烯材料——3D石墨烯材料。

有鉴于此，美国密歇根理工大学胡云行教授等人，综述了近年来3D石墨烯材料的研究进展。

本文要点

1）首先介绍了3D石墨烯材料的定义、分类、简史和基本合成化学原理。然后对3D石墨烯材料在不同应用领域的设计考虑因素进行了讨论。随后，在强调归一化特性表征对于3D结构的重要性之后，基于GO化学，烃化学和新碱金属，从三种主要类型的碳源（GO，碳氢化合物和无机碳化合物）合成3D石墨烯材料的方法对化学分别进行了全面综述，重点是它们的合成机理，可控方面和可扩展性。最后，解决了3D石墨烯材料开发的当前挑战和未来前景。

2）在过去的十年中，见证了无数3D石墨烯材料的诞生，包括宏观3D石墨烯材料（例如，宏观石墨烯泡沫，薄膜，纤维和微球）和微观3D石墨烯材料（例如3D蜂窝状石墨烯、褶皱石墨烯片、石墨烯空心球和支撑石墨烯纳米结构）。3D石墨烯的宏观体系结构可以用作独立单元，而粉末状的3D石墨烯可以建模为任意形状或随机分散，而无需考虑重新堆叠的问题。3D工程石墨烯材料基于可防止薄片重新堆叠的预先构造的3D形态，已将石墨烯材料的应用扩展到广泛的范围，包括能量存储和转换，环境修复，传感器，热管理等领域。

3）几种类型的3D石墨烯材料在生产和应用方面都显示出了工业可扩展性。可以将更多的研究重点放在将实验室规模的工艺升级为适用于工业的技术上，以最大程度地降低制造成本上。IDTechEx预测，从2019年到2029年，根据石墨烯的材料供应水平，3D石墨烯的市场规模将达到约3亿美元。随着全球研发和商业化努力，3D石墨烯材料极有可能在未来几年蓬勃发展。

参考文献：

Zhuxing Sun et al. 3D Graphene Materials: From Understanding to Design and Synthesis Control. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00083

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00083