近日，韓國IBS和KAIST的研究者開發(fā)了一種以經(jīng)過離子交換處理的沸石為模板，用氣相沉積方法制備3D石墨烯的方法。3D石墨烯在儲能、催化等領域具有很大應用潛力，相關研究也時常見諸報端，利用多孔模板進行含碳分子的熱解沉積是其一種常見的制備方法。

由這種方法制備的3D石墨烯通常可以較好地復現(xiàn)模板的微觀形貌，而通過模板的選用和處理可以有效地調(diào)控3D石墨烯的形貌結構。沸石即是一種典型的多孔模板，主要由鋁硅酸鹽構成，目前已知的有兩百多種，各自具有其獨特的孔結構和孔徑分布，其中微孔的典型尺寸在0.3 – 1.3 nm之間，其高度交聯(lián)的空間結構以及平滑過渡的曲面使其成為納米碳材料生長的理想模板。然而，由于沸石的孔徑過小，難以容納許多體積較大的前驅體分子；小分子碳源熱解所需溫度則通常很高，且其熱解反應不再傾向于發(fā)生在模板表面。

針對沸石作為3D石墨烯模板的缺點，Kyoungsoo Kim等人對沸石進行了離子交換處理。沸石的晶體結構類似于晶體硅，其晶格上存在的Al3+離子使晶格帶上負電荷，因此作為補償，沸石中存在一定量額外的低價正離子，如Na+、NH4+。Kim等通過離子交換，除去沸石中部分低價正離子，并引入能與小分子烯烴、炔烴、芳香烴發(fā)生d-π相互作用的鑭離子La3+。這樣一來，在氣相沉積過程中，小分子前驅體能在表面鑭離子La3+的作用下優(yōu)先吸附于沸石表面（包括微孔），并在較低的溫度下被催化分解。最終，Kim等在600℃下用乙炔沉積1小時，去除模板后得到了質(zhì)量非常高的3D石墨烯網(wǎng)絡，其電導率比普通的無定形多孔碳高兩個數(shù)量級。

這種方法在提高了3D石墨烯產(chǎn)物的質(zhì)量，同時有效降低了反應溫度，工藝較為簡單，而沸石是一種成本較低的多孔模板，因此易于放大；產(chǎn)品可用于儲能、催化等領域，具有很大的產(chǎn)業(yè)化潛力。相關研究成果發(fā)表于自然科學領域的國際頂級期刊Nature上。

來源：低維材料

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