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  基于石墨烯納米片或者碳納米管的三維多孔碳材料，因其豐富的孔結(jié)構(gòu)、高比表面積、高導電性等特點，在儲能、催化、傳感、晶體管等領域具有廣闊的應用前景。

  重慶大學李新祿教授課題組采用Na/K合金將碳納米管縱向切割成石墨烯納米帶（GNRs），并以石墨烯納米帶作為骨架，采用簡單的回流方法通過Fe3O4 納米膠粒的鉸鏈作用將石墨烯納米帶交聯(lián)成三維海綿體結(jié)構(gòu)（如圖1所示），即3DFe3O4@GNRs，成功解決了三維多孔石墨烯材料合成復雜、結(jié)構(gòu)容易坍塌、金屬氧化物易脫落等難題。納米Fe3O4不僅可以擔當網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的鉸鏈固定作用，同時納米Fe3O4還可以作為儲鋰活性物質(zhì)和電催化劑，該復合材料可廣泛用作鋰離子電池負極、電催化劑以及磁性記憶材料，其合成工藝簡單易行，易于規(guī)模化生產(chǎn)。

圖1.（a）3D Fe3O4@GNRs的合成路線以及（b-c）SEM，（d）TEM圖。

  3D Fe3O4@GNRs在用作鋰離子電池負極時，表現(xiàn)出超高的容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在0.1 A/g 的電流密度下，首次放電用量達到1890 mAh g?1 ，在100次的循環(huán)后依舊可以達到1700 mAh/g的容量，這是迄今為止納米鐵氧化物復合負極材料所能達到的最高儲鋰容量；在1 A/g 的的電流密度下，經(jīng)過200次循環(huán)也能達到800 mAh/g的容量（如圖2所示）。

圖2. 3D Fe3O4@GNRs和空白樣Fe3O4電極的電池測試數(shù)據(jù)（a）0.1 A/g 電流下的循環(huán)測試，（b）3D Fe3O4@GNRs 電極的前3圈充放電曲線圖，（c）3D Fe3O4@GNRs和空白樣Fe3O4電極的倍率測試圖，（d）3D Fe3O4@GNRs 電極在1 A/g的循環(huán)測試圖。

  3D Fe3O4@GNRs的優(yōu)點在于：首先，量子點尺寸的Fe3O4納米顆粒在GNRs的表面均勻分散，從而提高了Fe3O4的導電性和電化學反應活性。其次，3D Fe3O4@GNRs多孔互聯(lián)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)為鋰離子供了良好的傳質(zhì)途徑，提高了鋰離子從電解液中的遷移速率，從而保證了高功率鋰離子電池的高倍率性能。最后，多孔三維石墨烯納米帶海綿體的結(jié)構(gòu)有利于電解液的滲透和鋰離子的穿插，有益于保持電極活性物質(zhì)的高反應活性。此外，石墨烯納米帶具有開放的邊緣和有序的分層結(jié)構(gòu)可以為整體的容量貢獻可逆的容量。該項工作為金屬氧化物@石墨烯納米帶海綿復合材料的合成和應用提供了新的思路和做法。

  該項研究成果發(fā)表在英國皇家化學學會的Journal of Materials Chemistry A 上。該項研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、重慶市基礎科學與前沿技術(shù)研究專項和重慶市研究生創(chuàng)新項目的資助。

  論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta07874a#!divAbstract