近年來，以碳納米管和石墨烯為代表的sp2雜化納米碳材料，既具有非常優異的力學、電學、熱學、光學等本征物理性能，還可通過原子摻雜、官能團嫁接、表面修飾等實現其界面化學特性的調控，提升其宏觀性能而成為研究熱點。

　　但是，由于納米材料之間較強的相互作用，碳納米管和石墨烯容易發生聚團或堆疊，從而阻礙了低維納米材料的優異性能在三維宏觀材料和器件中的發揮，限制了其在復合材料、電化學儲能、多相催化等領域的應用。

　　因此，發展多維度、多組分、多功能納米碳材料相關的新概念和新型制備方法是實現其性能提升和工業應用的關鍵所在，而最具代表的莫過于三維石墨烯及其復合材料。

　　在2018年4月24-25日在蘇州“2018低維碳納米材料制備及應用技術交流會”上，任教于北卡羅萊納州中央大學的戴貴平教授將會為您詳細講解《三維石墨烯與氮沉積碳納米管復合材料的制備》。

　　人物簡介：

　　戴貴平，任教于北卡羅萊納州中央大學，并在南昌大學兼職教授，同時還是超威集團的首席科學家。戴教授在石墨烯，氧化石墨烯，碳納米管，和其他新型碳納米材料（主要包括化學氣相沉積、等離子弧、電弧放電、化學溶液法等）方面有廣泛的研究經驗。

　　此外，他還致力于研究這些材料在電池、超級電容器、電化學儲能上的應用。戴教授也是全球專家招募計劃的杰出專家之一。

　　關于超威集團：

　　超威集團創立于1998年，主要致力于動力與儲能電池的研發生產，是全球領先的專業綠色能源解決方案提供商。

　　超威集團于2010年在香港主板上市，現有職工2萬多人，在全球擁有108家子分公司,綜合實力位居“中國企業500強”第162位、“制造業500強”第67位，中國民企500強第30位，中國輕工百強企業第6位、電池行業首位。

　　三維石墨烯的制備：

　　石墨烯是具有蜂窩狀晶格結構的平面2D層狀材料。3D石墨烯則由2D石墨烯片整合而成，具有特定的3D微/納米結構。迄今為止，研究者已建立了制備3D石墨烯的多種方法(如圖1所示)，例如：

　　(1)定向流動組裝法：將氧化石墨烯(GO)溶液通過多孔膜抽濾后，用化學法對其進行還原得到無支載3DrGO紙(圖1a，b)；

　　(2)溶劑/水熱法：如對GO薄膜進行水熱還原時，利用添加物質產生的CO2和H2O致使rGO的體積膨脹得到3D多孔材料(圖1c，d)；

　　(3)模板界面組裝法：如以GO溶液表面凝結的水滴為模板誘導GO自組裝，經后續干燥及薄膜高溫分解促使GO熱還原，形成彈性疏水的3DrGO薄膜(圖1e，f)；

　　(4)化學氣相沉積法(CVD)：如以三維多孔鎳膜為模板，高溫分解甲烷生長石墨烯，用鹽酸或FeCl3蝕刻掉模板鎳得到具有貫穿式孔結構的三維石墨烯泡沫(3DGF)

　　3D結構可以賦予石墨烯組裝體獨特的性質，如柔韌性、多孔性、高活性比表面積、優異的傳質性能等。因此，近年來國內外對3D石墨烯材料的制備及應用研究十分活躍。

　　N-CNT的制備：

　　對CNTs進行異原子摻雜，可調控CNTs的性質。氮原子的半徑與碳原子接近，容易進入碳納米管晶格形成C-N鍵，改變碳納米管的物理化學性質，拓展碳納米管的應用范疇。

　　目前，氮摻雜碳納米管（N-CNTs）的制備方法可以分為3種：

　　（1）同步原位摻雜，即在CNTs的生長過程中進行摻雜；

　　（2）高溫碳化含氮高分子；

　　（3）在含氮條件下，對碳納米管進行后處理，如采用等離子體、球磨、水熱等方法進行氮摻雜。

　　根據摻雜氮在碳納米管中的形態可以分為石墨化氮（N-Q）、氧化吡啶氮（N-6）、吡咯氮（N-5）、氧化吡啶（N-X）、-NO2以及-NH2等。不同方法制備的N-CNTs具有含量不同的各摻氮形態，致使N-CNTs在催化、儲能等方面的性能不同。

　　3D石墨烯與N-CNTs復合材料優勢：

　　在2018年4月24-25日在蘇州“2018低維碳納米材料制備及應用技術交流會”上，戴貴平教授所要提到的三維石墨烯與氮沉積碳納米管復合材料實現了碳納米管與石墨烯實現了原子尺度的鏈接。

　　這種獨特的結構不僅為電子傳輸和離子擴散提供了三維聯通的網絡，而且氮原子在碳骨架的改性能夠顯著改變表面電子分布，進一步提高電子電導率。

　　除此之外，由于氮原子的引入也會促進碳材料的表面吸附性能和電化學活性，這一特征將顯著促進多硫化鋰的吸附，對鋰硫電池的研究有著重大意義。