日前，中科院電工研究所馬衍偉研究團(tuán)隊(duì)在石墨烯量化制備及高性能石墨烯基超級電容器方面取得重要進(jìn)展，提出以二氧化碳為原料，采用自蔓延高溫合成技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了兼具高導(dǎo)電性和高比表面積石墨烯粉體的快速、綠色、低成本制備。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于國際頂級材料學(xué)期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials, 2017, 1604690)，并申請了國家發(fā)明專利和PCT專利。

石墨烯是近年來備受各國重視的新型材料，但是高品質(zhì)石墨烯的工業(yè)化大規(guī)模制備一直是世界性難題。目前，石墨烯粉體規(guī)模化制備的技術(shù)路線主要基于膨脹石墨剝離法和氧化石墨還原法，但是前者通常得到的是低比表面積的多層石墨片，而后者制備的石墨烯由于殘留的氧官能基團(tuán)和結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致低導(dǎo)電性，嚴(yán)重制約了石墨烯的潛在應(yīng)用。

針對上述問題，該團(tuán)隊(duì)采用二氧化碳為原料，金屬鎂粉為還原劑，納米氧化鎂為模板劑，通過鎂粉在二氧化碳?xì)夥罩凶月尤紵绞剑晒χ苽涑龈缓榭捉Y(jié)構(gòu)的石墨烯，如圖1所示。目前所制的石墨烯電導(dǎo)率高達(dá)13000 S/m，比表面積為709 m2/g，綜合性能優(yōu)異，并在離子液體電解液中表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學(xué)性能。基于電極材料的比電容高達(dá)244 F/g，能量密度高達(dá)136 Wh/kg，功率密度高達(dá)1000 kW/kg，循環(huán)100萬周后，容量保持率仍大于90%，如圖2所示。該石墨烯制備方法反應(yīng)過程耗時(shí)短、環(huán)境友好、成本低、易于工業(yè)化推廣，將有力促進(jìn)石墨烯在超級電容器等儲(chǔ)能領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。

該研究與中科院理化技術(shù)研究所李江濤研究團(tuán)隊(duì)、中科院物理研究所李建奇研究團(tuán)隊(duì)合作完成，并獲得了國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。