。
新方法工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保
據(jù)周薇薇介紹，常見(jiàn)的一維碳材料和二維碳材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建通常需要先合成二維碳材料作為基底
，在二維碳材料上引入催化劑后
，再進(jìn)行一維碳材料的生長(zhǎng)。“我們的新方法通過(guò)催化劑顆粒的預(yù)先引入
，以及碳源的同步添加
，可以在合成二維碳納米片的同時(shí)，催化生長(zhǎng)一層一維碳納米管
，也就是一維和二維碳的同步生長(zhǎng)
。”據(jù)周薇薇介紹，該方法實(shí)現(xiàn)了宏觀上制備工藝的簡(jiǎn)化
，由之前兩步以及多步的合成工藝簡(jiǎn)化到一步合成
，合成效率大幅提高。同時(shí)
，該做法能充分地利用每種合成原料
，原料利用率高，污染小
，綠色環(huán)保
。此外，該方法合成出來(lái)的材料是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)
，避免了材料合成過(guò)程中經(jīng)常遇到的相容性問(wèn)題
，整體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、協(xié)同程度高
，而并非兩種單獨(dú)材料的機(jī)械結(jié)合
。
在這個(gè)過(guò)程中，材料界面相容性
、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)建
、生產(chǎn)成本和環(huán)保性是團(tuán)隊(duì)需要跨越的“三道關(guān)”。“無(wú)論是材料體系的變化和催化劑的引入
，都會(huì)面臨材料不相容的問(wèn)題
，我們通過(guò)輔助模擬計(jì)算
，最終選擇了能使材料體系穩(wěn)定并且催化劑能在其中均勻分布的體系。”周薇薇說(shuō)
。此外
，團(tuán)隊(duì)選用的都是常見(jiàn)的、價(jià)格低廉的原料
，成本低
，反應(yīng)簡(jiǎn)單無(wú)副產(chǎn)物，大大減少了試驗(yàn)過(guò)程中毒害物質(zhì)的排放和后處理過(guò)程
，實(shí)現(xiàn)綠色合成
。
新催化劑將“紙張”變成“毛毯”
近幾年來(lái)，可再生能源領(lǐng)域面臨著無(wú)數(shù)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇
。作為儲(chǔ)能裝置的鋰離子電池和超級(jí)電容器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛
，然而由于常見(jiàn)的儲(chǔ)能電極材料成本高昂、制備工藝復(fù)雜
，產(chǎn)業(yè)化道路舉步維艱
。
對(duì)于儲(chǔ)能材料而言，二維材料一直是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)
。周薇薇告訴科技日?qǐng)?bào)記者：“二維材料由于表面能較大
，不可避免地會(huì)遇到堆疊的問(wèn)題，這會(huì)大大降低材料的表面積
，從而導(dǎo)致材料性能的急劇降低
，而多孔二維材料同時(shí)還面臨導(dǎo)電率差的問(wèn)題。”
據(jù)她解釋?zhuān)绻延胸S富活性位點(diǎn)的二維儲(chǔ)能材料看作一張張寫(xiě)滿(mǎn)字的紙
，當(dāng)紙張堆疊在一起
，紙張上的字就也被遮住了。因此
，團(tuán)隊(duì)設(shè)想，要是能設(shè)計(jì)一種方法
，將“紙張”變成“毛毯”就好了
，“這樣既保留了二維材料表面豐富的優(yōu)勢(shì)，又能有效通過(guò)中間緩沖層防止材料的堆疊”
。
“因此
，我們?cè)谥肮ぷ鞯幕A(chǔ)上，開(kāi)辟了新的實(shí)驗(yàn)體系
，探究了幾十種實(shí)驗(yàn)方案
，最終找到了能和催化劑穩(wěn)定相容的體系。催化劑的存在不僅可以催化碳納米管的生長(zhǎng)
，也有利于調(diào)控二維碳材料的尺寸
。并且生長(zhǎng)出的碳管不僅可以作為緩沖層
，防止片層結(jié)構(gòu)的堆疊，其優(yōu)異的導(dǎo)電性也彌補(bǔ)了多孔二維碳材料導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)
。”周薇薇說(shuō)
。
儲(chǔ)能之外新材料大有可為
采訪(fǎng)中，研究人員表示：“目前用于儲(chǔ)能設(shè)備的高性能電極材料的合成仍面臨著成本和制備條件的制約
。我們希望這種綠色環(huán)保
、安全快捷的大規(guī)模制備工藝能夠推動(dòng)儲(chǔ)能器件的應(yīng)用，加速可再生能源的發(fā)展進(jìn)程
。”
周薇薇高興地表示
，測(cè)試證明，這種綠色環(huán)保
、安全快捷的宏量制備方法制備出來(lái)的材料不僅在鋰離子電池
、鈉離子電池、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能領(lǐng)域表現(xiàn)出性能優(yōu)異
，并且得益于材料優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和性能
，在水處理和電磁波的吸收和屏蔽領(lǐng)域也有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
據(jù)周薇薇介紹
，接下來(lái)團(tuán)隊(duì)希望從內(nèi)部?jī)?yōu)化和外部延伸兩個(gè)方面安排研究計(jì)劃：“一方面
，我們需要通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工藝條件和參數(shù)，探究在此體系內(nèi)最合適的實(shí)驗(yàn)方案
，最大限度地發(fā)揮材料的性能
。另一方面，我們希望合成策略也不止步于此
，并通過(guò)積極地外界溝通建立合作
，延伸體系的覆蓋范圍，讓我們‘吹出來(lái)’的材料及合成策略在更多領(lǐng)域發(fā)揮價(jià)值
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