三维多孔材料，如气凝胶（aerogel）、海绵（sponge）和泡沫（foam），具有高孔隙率、低密度、高导电性和优异的力学性能等特性，在诸多领域都有着广泛的应用。而二维材料则由于其高比表面积以及二维材料间的强相互作用，比一维和零维材料更适合用于构建三维多孔材料。自从2004年首次成功制备出二维石墨烯材料以来，其独特的电学、力学、热学性能引起了广泛的关注。为了将纳米尺度的性能应用于宏观领域，需要将二维石墨烯片层组装成三维网络。
氧化石墨烯是一种经过化学改性的石墨烯材料，通常采用Hummers方法合成。作为构建石墨烯网络的首选材料，氧化石墨烯的含氧基团赋予其良好的加工性，使其能够被组装成三维石墨烯多孔材料。然而，值得注意的是，目前已报道的三维石墨烯多孔材料往往存在网络结构脆弱的问题，这一问题影响了该材料在各个领域的应用。因此，构建一个稳定的石墨烯网络结构对于开发多功能石墨烯多孔材料至关重要。由于静电排斥力和范德华力之间的平衡，氧化石墨烯能够在溶液中形成均匀分散的胶体溶液。通过改变溶液条件或者引入交联剂等方法，可以打破这种平衡，从而促使氧化石墨烯片层在溶液中进行自组装，形成水凝胶。在水凝胶形成的过程中，二维石墨烯片层之间通过物理或者化学交联形成三维网络结构，再经过干燥处理（如冷冻干燥、超临界干燥、常压干燥等），就可以得到三维石墨烯多孔材料。然而，使用这些方法制备的石墨烯多孔材料通常展现出较差的力学性能，其网络结构容易在实际应用中发生断裂。因此，如何制备低密度其具备高力学性能的石墨烯多孔材料成为目前亟待解决的挑战之一。三维石墨烯多孔材料的力学性能受多个因素影响，包括二维构筑单元的性质、二维片层材料之间的连接方式以及石墨烯多孔结构等。因此，如何平衡这些因素对于构建稳定的石墨烯网络至关重要。
近期，山东第一医科大学的丁美春副教授和李晨蔚教授共同综述了近年来在制备具有优异力学性能的三维石墨烯多孔材料方面的研究进展，并重点分析了影响石墨烯多孔材料力学性能的因素。此外，文章还全面介绍了弹性石墨烯多孔材料在各个领域的应用前景，包括吸附、能量存储、太阳能蒸汽产生和海水淡化、传感器、柔性电子和电磁波屏蔽等。最后，文章指出了制备和功能化高性能三维石墨烯多孔材料所面临的新挑战和机遇。期望该文章能够为三维石墨烯多孔材料的制备和功能化提供新的思路和启示。
通讯作者简介
李晨蔚
山东第一医科大学化学与制药工程学院教授/博士生导师
2016年博士毕业于中科院化学所。2021年加入山东第一医科大学，入驻济南校区医学科技创新中心，并组建“石墨烯复合材料功能化”研究团队。目前从事高力学性能石墨烯气凝胶的制备和石墨烯复合气凝胶功能化研究，主要涉及太阳能光热材料、柔性传感器、柔性储能材料、轻质吸波/电磁屏蔽材料等。近年来，以第一作者和通讯作者在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science等国际知名期刊上发表SCI论文20余篇，并主持多项重要科研项目。目前担任山东省国际人才交流协会医学人才分会委员、Exploration、Nano Materials Science、Tungsten、Green Carbon和Applied Research等期刊的青年编委。
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本文内容基于Wiley出版集团合作期刊 Exploration 以Perspective发表的” Multifunctional elastomeric composites based on 3D graphene porous materials “.
DOl: 10.1002/EXP.20230057
引用格式：
M. Ding, D. Zhao, R. Wei, Z. Duan, Y. Zhao, Z. Li, T. Lin, C. Li, Exploration 2023, 20230057. https://doi.org/10.1002/EXP.20230057
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