在发表在《纳米材料》杂志上的一项研究中，一种基于流化床化学气相沉积（FBCVD）方法的新技术被开发出来，以产生具有不同纳米结构的三维石墨烯网络（3DGN）。
研究方向：流化床化学气相沉积法批量生产三维连接石墨烯网络及其在高性能锂硫电池中的应用.图片来源：Rost9 / Shutterstock.com
3D石墨烯
石墨烯因其独特而卓越的特点，包括大面积、良好的导电性和电荷传递、良好的导热性、较强的机械性能、优越的柔韧性、有效的光吸光性等，受到了广泛的研究。其在电池组、电化学电容、催化剂、氢气储存、环境净化、传感应用中的应用已得到广泛研究。
另一方面，孤立的石墨烯薄膜经常经历永久聚集，因为具有显着的范德华力和相当大的薄膜间结接触电阻。为了最大限度地减少石墨烯片重新堆叠，2D石墨烯通常形成具有有组织架构的3D框架。
3D石墨烯保留了2D石墨烯的体积特性，并改善了其在实际应用中的使用。石墨烯研究在电化学储能领域有了显着增长。
流化床化学气相沉积结合后续热处理制备3DGN工艺的示意图。© 刘荣， 赵， J. 等 （2022）.
优化锂硫电池
由于元素形式的硫在所有正极材料中具有最大的假设容量，锂硫电池目前正在进行大量研究。然而，由于固有的绝缘硫/硫化锂和中间多硫化物实体的不可逆损失的分解，Li-S电池仍然具有较差的循环寿命和速率性能。
此外，需要强大的机械性能来承受放电时硫的体积增长。已经做出了重大努力来创造具有介孔和坚固形态的阴极材料，以产生能够有效地将带电粒子输送到硫的阴极，保留可溶性多硫化物，并减轻阴极的体积膨胀。
由于其卓越的导电性，优异的机械性能和阻止聚硫化物溶解的能力，3D石墨烯网络（3DGN）作为Li-S电池的正极材料具有相当大的前景。
（a）SEMimages和（b）沉积的SiC产物在石墨坩埚盖上的XRD图案。 © 刘荣， 赵， J. 等 （2022）.
3D石墨烯网络的制造
迄今为止，已经建立了许多合成3DGN的技术，这些技术可以分为两个子组：石墨烯片组装和碳源直接制造。
石墨烯片的组装通常在液态下完成。由于亲水试剂的参与提供了高溶解度，石墨烯以氧化石墨烯（GO）的形式使用。
石墨烯片是通过在溶液中散射GO，然后以化学，电化学或水热方式还原GO而产生的。这些组装程序通常产生由GO或还原GO（rGO）制成的3DGN。
主要优点
显著的放电能力、出色的循环性能和良好的效率归因于源自3DGNs纳米结构层的碳和硫的强亲和力。连接的GN可提高阴极的电导率，从而增加放电能力。
空心球体交织的内部石墨烯纳米级带足够坚固，可以承受体积变化，还可以为电化学变化提供最佳的内部设置。独特的外部石墨烯层通过阻止聚硫化物向电解质的运动来限制穿梭效应，这被认为是Li-S电池效率和循环性能下降的主要原因。
在纯Ar气氛下在FB-CVD温度为1300°C下制备的样品获得的连接3D石墨烯空心笼的TEM图像（样品S4）。（a） 低放大倍率， （b）高放大倍率。© 刘荣， 赵， J. 等 （2022）.
研究的重要发现
在这项研究中，通过使用FBCVD方法进行热处理，创建了具有新纳米结构的3DGN。利用流化床不规则的温度曲线和快速运输机理，制备了核壳结构SiC-石墨烯纳米级复合材料.
通过改变反应环境，FBCVD前体和热量，可以构建具有各种纳米结构的3DGN。
SiC@graphene纳米级复合材料用于创建独特的3D石墨烯纳米结构，具有交织的石墨烯纳米带和连接的石墨烯壳。3DGN作为Li-S电池的电极效果很好，具有更大的硫负载，更高的放电容量，出色的循环性能和良好的效率。
3DGN的内部层次结构和外部微观结构通过增强电导率，抵抗体积膨胀和防止穿梭效应，实现了出色的电化学性能。
展望
本研究提出了一种独特而高效的合成技术，用于创建具有纳米架构的3DGN。
由于其精确的结构设计和与各种功能材料的结合，这些独特的3DGN将在锂离子电池，催化载体和超级电容器等领域得到广泛应用。FBCVD工艺的大规模制造为3D石墨烯材料的大规模工程应用提供了新的途径。
参考
Liu, R., Zhao, J. et al. (2022). Mass Production of 3D Connective Graphene Networks by Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition and Its Application in High Performance Lithium-Sulfur Battery. Nanomaterials, 12(1). Available at: https://www.mdpi.com/2079-4991/12/1/150/htm
本文来自AZO NANO，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
