石墨烯在中國(guó)正成為“科技寵兒”，不少人期待這一“神奇材料”繼續(xù)書寫“科技改變生活”的下一個(gè)故事。作為一種技術(shù)含量高、應(yīng)用潛力廣泛的碳材料，石墨烯也逐漸被應(yīng)用于新能源開(kāi)發(fā)中。

2010年，石墨烯發(fā)明者獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。如今，中國(guó)已將石墨烯列為戰(zhàn)略前沿材料之一。在廣西，石墨烯的生產(chǎn)研究近日取得重大進(jìn)展，廣西大學(xué)已掌握大批量生產(chǎn)粉體材料石墨烯的技術(shù)力量。

石墨烯由六方蜂巢晶格排列的碳原子組成，僅有一個(gè)原子層厚度。目前，國(guó)際上石墨烯的常見(jiàn)制備方法包括機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨烯還原法……然而，記者近日在廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心采訪時(shí)，中心主任、國(guó)際知名電化學(xué)專家沈培康提出，上述方法中沒(méi)有一種可以大批量生產(chǎn)粉體石墨烯。

沈培康指出，目前世界范圍內(nèi)能夠生產(chǎn)的主要是二維石墨烯材料，其合成成本高、工藝復(fù)雜、污染大，合成的石墨烯通常受范德華力或懸鍵作用的影響易團(tuán)聚成石墨片，市面上的二維石墨烯粉體材料實(shí)質(zhì)上是石墨片而不是石墨烯。石墨烯三維化是突破二維石墨烯片應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。

在近年的科研中，廣西大學(xué)可再生能源材料協(xié)同創(chuàng)新中心發(fā)明了樹(shù)脂裂解法，這也是目前世界上極少數(shù)能大批量生產(chǎn)粉體石墨烯的方法。廣西在石墨烯制備技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展。

在廣西大學(xué)石墨烯粉體生產(chǎn)小試基地，記者看到了制備三維石墨烯的設(shè)備。“我們的團(tuán)隊(duì)利用前期處理的自摻雜樹(shù)脂材料，經(jīng)過(guò)鎳做低溫石墨化催化劑，再用高溫?zé)Y(jié)爐燒結(jié)烘干，就成了石墨烯粉體材料。”沈培康說(shuō)，他們?cè)谥苽涫┑倪^(guò)程中設(shè)置了氣體吸收裝置，沒(méi)有污染。

目前廣西大學(xué)的小試基地可年產(chǎn)1.5噸粉體石墨烯，正在建設(shè)中的中試基地可年產(chǎn)15噸粉體石墨烯。

記者在生產(chǎn)基地看到了幾個(gè)透明器皿裝著的黑色粉末狀物質(zhì)，拿起來(lái)的手感非常輕。沈培康表示，三維石墨烯1L的重量不到100克，大多數(shù)結(jié)構(gòu)為3至4層的石墨烯。

研究人員還指出，用這一方法合成的三維多級(jí)孔自摻雜(氮、磷、硼等)類石墨烯材料具有其他碳材料包括商用石墨烯在內(nèi)的碳材料不具備的性質(zhì)，比如高比表面積、高導(dǎo)電性、自摻雜、多級(jí)孔結(jié)構(gòu)等。

沈培康等石墨烯科研人員認(rèn)為，隨著石墨烯制備水平、應(yīng)用技術(shù)水平的發(fā)展，石墨烯材料未來(lái)能夠應(yīng)用在更多下游產(chǎn)品和領(lǐng)域中，包括超級(jí)電容器、鋰電池、觸摸屏、增強(qiáng)型復(fù)合材料等。