ACS Nano最新綜述：石墨烯與聚合物的碰撞

石墨烯作為目前已知導電性最強的材料，因此在很多領域特別是儲能方面具有十分廣泛的應用。近年來，利用石墨烯增強聚合物來構建多孔復合材料成為了研究的熱點，有關這一主題的文章已超千篇。在利用這一思路得到多孔材料的同時，我們也可以通過控制其孔隙以及石墨烯與聚合物之間的相互作用來得到不同功能的材料，為此類材料帶來了極大的應用前景。

近期，復旦大學高分子科學系徐宇曦課題組聯合加州大學洛杉磯分校段鑲鋒，以及中南大學、湖南大學等多位學者，就石墨烯增強聚合物基復合材料撰寫的綜述發表在ACS Nano上，題為“Functional Three-Dimensional Graphene/Polymer Composites”。該綜述系統的總結了近幾年來石墨烯/聚合物基復合材料的發展，相應的合成方法以及優缺點，在各個領域中的應用等。

最后，論文對該材料所面臨的科學機遇與挑戰進行了展望，指出未來幾年主要的發展方向為：（1）石墨烯與不同聚合物的自組裝新方法（2）石墨烯與聚合物之間作用力以及界面之間的研究（3）其他功能化聚合物的引入。

Part 1 石墨烯聚合物復合材料合成策略

圖一：石墨烯聚合物基復合材料的合成示意圖。（從氧化石墨烯單體開始合成）

（i）以聚合物為交聯劑進行3DGPCs合成（插圖為聚乙烯亞胺與氧化石墨烯通過共價鍵或非共價相互作用構建的三維結構）。（ii）將聚合物與氧化石墨烯均勻分散，基于氧化石墨烯還原的自組裝過程。（iii）將聚合物直接填充在合成的三維石墨烯結構中實現自組裝。

Part 2 不同3DGPCs的具體合成方法

(a) 3D RGO/ PI復合材料的制備以及表征。(b) 3D RGO/聚苯胺混合氣凝膠制備。(c) 3D RGO/聚吡咯氣凝膠隨GO/聚吡咯質量比不同，凝膠形態變化。(d)乳膠技術制備3D RGO/ NRL復合材料過程。

Part 3 石墨烯/聚合物基復合材料電極的制備

(a) 一步法電沉積制備三維石墨烯網絡/PANI。(b) 兩步電沉積制備RGO/聚苯胺電極。(c) 以PMMA顆粒作為模板制備RGO/聚苯胺空心球。(d) 利用層層自組裝制備3D RGO/聚苯胺空心球。

Part 4 石墨烯聚合物凝膠

(a)三維RGO/ XPAA氣凝膠制備過程示意圖. (b) 3D RGO/ XPAA氣凝膠的SEM圖。(c)對三維RGO/ XPAA氣凝膠壓力測試。(d) 制備氣凝膠對汽油的吸附，整個過程為35s。

Part 5 石墨烯與聚合物作用機理

如圖為氧化石墨烯，APAM以及洋紅分子的作用示意圖，其中APAM與氧化石墨烯通過靜電作用連接形成三維網狀結構，洋紅分子填充在網狀結構之中。

Part 5 3DGPC的應用以及未來發展方向

一句話總結：隨著人們生活水平的不斷改善，對儲能器件的需求越來越大。通過對孔隙以及作用力的控制可以得到具有不同功能的材料，為石墨烯/聚合物基材料的應用提供了很好的契機。

該成果近期發表在ACS Nano上，論文鏈接：Functional Three-Dimensional Graphene/Polymer Composites（ACS Nano 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b03349）

該文獻解讀由材料人Som0909供稿，材料牛編輯整理。

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