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  在國家自然科學基金重點項目（51531004）等資金資助下，天津大學趙乃勤教授團隊與美國Rice大學J. Tour教授團隊合作，通過全新的粉末冶金模板法成功獲得了三維石墨烯泡沫材料。該種材料不僅具有良好的性能，同時還具有良好的自支撐能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以“Preparation of Three-Dimensional Graphene Foams Using Powder Metallurgy Templates”（通過粉末冶金模板法制備三維石墨烯泡沫）為題發(fā)表于ACS Nano(http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5b06857).

  石墨烯材料在鋰離子電池、超級電容器、催化等諸多領域都可能獲得廣泛應用，引起人們極大的興趣。具有自支撐、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、比表面積大等優(yōu)點的三維石墨烯材料是其中一個重要的發(fā)展方向。制備三維石墨烯的傳統(tǒng)方法包括化學氣相沉積原位生長法、固體碳源生長法、水熱自組裝法等，所制備的三維石墨烯材料或多或少會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、難以自支撐、晶化程度低等缺點。

  趙乃勤團隊與J. Tour團隊合作，將金屬粉末與蔗糖均勻分散到去離子水中，使蔗糖均勻包覆在金屬粉末顆粒表面，然后用傳統(tǒng)粉末冶金冷壓法壓制成型，復合塊體在氬氣/氫氣混合氣氛保護下高溫煅燒，即可一步獲得原位生長的三維石墨烯泡沫材料。該方法中，蔗糖為固體碳源，石墨烯在燒結(jié)的金屬顆粒骨架的表面/界面處原位生長，最終獲得的材料由顆粒狀碳殼與二維石墨烯構(gòu)成。該材料具有較高的比表面積（1080 m2 g-1）、導電性（13.8 S cm-1）和晶化程度，并且具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該三維石墨烯泡沫在水流作用下不發(fā)生破裂，并可承受超過150倍自身重量的載荷，卸載后可以實現(xiàn)回彈。通過改變金屬粉末成分、添加劑成分，設計不同結(jié)構(gòu)的模具，可以用于制備不同種類和形狀的三維碳納米材料。該方法也為開發(fā)制備新型碳納米材料、三維結(jié)構(gòu)增強體復合材料提供了新方法和新思路。