多孔石墨烯——片層具有納米級孔隙，一般通過理論計算進行研究。石墨烯片層的孔隙有助于提高物質(zhì)傳遞，在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。迄今為止，多孔石墨烯的制備方法，包括通過芳基-芳基偶聯(lián)反應(yīng)的自下而上的化學方法和由高能量的技術(shù)方法，一般都是在基底上以有限的產(chǎn)率制備得到。

國家納米科學中心的韓寶航研究員課題組發(fā)展了一種可放大且適用范圍廣的制備方法，將石墨烯氧化物和金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽在高溫條件下產(chǎn)生石墨烯與金屬氧化物納米顆粒，兩者之間發(fā)生類似于焦炭高爐煉鐵過程中的碳熱還原反應(yīng)，金屬氧化物被石墨烯上的碳還原成金屬或形成金屬碳化物，而參與碳熱還原反應(yīng)的碳原子以二氧化碳或一氧化碳形式離開石墨烯片層，從而在石墨烯片層上刻蝕出納米級的孔隙，即形成多孔石墨烯。該過程在掃描電子顯微鏡中可以通過電子束的加熱輔助而觀察到碳熱刻蝕形成孔隙的過程。同時多孔石墨烯的孔隙大小和/或氮摻雜可以通過改變金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽的用量，或使用含有銨離子的金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽來實現(xiàn)。該研究使用了多種金屬氧酸鹽或多金屬氧酸鹽制備了多孔石墨烯，表明碳熱還原反應(yīng)刻蝕制備多孔石墨烯的方法路線適用范圍廣，同時制備量可以放大并不受方法的限制。該研究工作由碩博研究生周鼎等人合作完成。該研究成果已于2014年9月2日在?naturecommunications期刊上發(fā)表。

上述研究工作得到了科技部重大科學研究計劃和國家自然科學基金委的資助。