日前，我校化學與材料工程王舜課題組金輝樂博士在三維石墨烯方向取得研究新進展，研究成果以“Strong Graphene 3D Assemblies with High Elastic Recovery and Hardness”為題在線發表于《先進材料》。

石墨烯是碳家族明星，作為一種二維晶體，是人類已知硬度最高的物質，比鉆石還堅硬，硬度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。然而在實際應用過程中，石墨烯易于面/面聚集，造成機械性能急劇降低，如何可控制備三維石墨烯組裝體，進而有效發揮石墨烯優異機械性能的集合效應，是一個巨大的挑戰！

王舜課題組金輝樂博士聯合美國阿貢國家重點實驗室的陸俊研究員創造性地提出了基于-Si-O-C-化學鍵共價橋連促進石墨烯三維有序組裝的新方法，實現了單層氧化石墨烯片在油-水兩相界面上的原位還原和同步三維共價組裝，可控構筑了高強度的三維互通納米多孔結構的泡沫狀石墨烯宏觀體。該方法不僅解決了傳統石墨烯片在實際應用過程中易于面/面聚集，造成有效比表面積急劇降低以及不易加工成型等難題，還有效地發揮了單層石墨烯構建單元在分子水平上的集合增強效應，使該泡沫狀石墨烯宏觀體材料不但具有目前三維自支撐碳基多孔材料最高的硬度，而且具有優異的導電、導熱以及熱穩定性性能。這種不同尋常的機械性能和熱穩定性使三維多孔石墨烯可望成為高強度輕質復合材料的潛在候選者，在防彈衣，太空升降機以及汽車或航空航天器制造等方面具有潛在的廣泛應用。

三維石墨烯的合成與形貌表征

近年來，王舜教授團隊已在碳能源材料方向，取得了一系列進展和成果。研究團隊首次提出具有普適性的“化學吸附固硫”新機制，改善了鋰硫電池的循環穩定性和倍率性能；通過缺陷工程調控催化材料的表界面性質及電子結構等，實現催化活性的顯著提升，并應用于氫燃料電池領域；通過原位雜原子摻雜和多級孔結構的調控，實現碳基超級電容器容量與能量密度的突破，儲能性能超越鎳氫電池。相關研究發表在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Advanced Energy Materials，Nano Energy及Energy Storage Materials等影響因子大于10的國際一流期刊，申請中國發明專利50多項。研究工作得到浙江省一流學科(A類)化學學科、國家自然科學基金，浙江省自然科學基金的經費支持。