哈工大（深圳）《J. Alloys Compd.》：大尺寸块状多级石墨烯结构多孔碳的合成及其作为Li-S全电池

成果简介

三维（3D）石墨烯具有不团聚的优点。然而，目前制备的3D石墨烯产品一般为粉末形式，而结构3D石墨烯材料是许多应用所需要的。本文，哈尔滨工业大学（深圳）于杰教授团队在《Journal of Alloys and Compounds》期刊发表名为“Synthesis of large-size bulk hierarchically graphene-structured porous carbon and its versatile applications as hosts of sulfur and lithium for Li-S full cells and electrocatalyst for water splitting”的论文，研究通过将聚合物和发泡剂注入碳毡中并随后进行热处理来制备大尺寸石墨烯结构多孔碳（BGPC）。

由于结构连续，BGPC具有良好的机械强度和可控的多孔结构，可用作电化学应用的电极主体材料。当用于Li-S电池时，硫负载量为5.0 mg/cm-1的BGPC阴极可在1 C下循环400次，在半电池中具有良好的容量保持率为84.7%。当用作锂金属的主体时，获得的阳极可以在对称电池中以5 mA/cm2的面积容量循环1000次。组装好的锂硫全电池表现出优异的循环稳定性和5.6 mAh/cm2的高面积容量。此外，含有Ni和MoC的BGPC具有出色的HER性能，具有99和188 mV的低过电位，可产生100和500 mA/cm2，优于所报道的催化剂。

图文导读

图1、制备流程及形貌

图2、MBGPC的结构和TEM表征

图3.样品的电化学性能

图4、MBGPC-Li阳极的性能

图5.2.5NiMo-BGPC的形貌和结构

图6。在N2饱和1M KOH溶液中测试的不同样品的HER性能

图7、DFT计算，研究了异质结构Ni/Mo的内在HER活性的基本机制。

小结

综上所述，作者成功地通过一种简单且可扩展的方法制备了大尺寸BGPC。与3D石墨烯粉末不同，目前的BGPC代表了3D石墨烯材料的新颖结构。BGPC是独立的，不含粘合剂，强度相对较高。由于其突出的优势，BGPC是开发各种应用的理想平台，例如用于储能的电极，催化剂载体，用于不同电化学过程的电极，电磁屏蔽，隔音以及吸收和净化。BGPC被研究为锂硫电池的硫和锂的宿主以及HER的电催化剂。得到的硫阴极表现出优异的稳定性和倍率性。锂负极在大面积容量下表现出优异的稳定性。组装好的Li-S全电池具有良好的稳定性和高比容量（5.6 mAh/cm）2).在HER电催化剂的应用方面，NiMo-BGPC具有突出的电催化性能，在高电流密度（η500= 188 mV）和100小时测试期间的高稳定性。多功能BGPC在许多应用中具有很高的潜力。

文献：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169587