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  三維石墨烯結(jié)構(gòu)一直以來由于其理想的機械性能，比表面積，以及電傳導(dǎo)能力被廣泛運用在工程能源環(huán)境各領(lǐng)域。但是如何解決大規(guī)模生產(chǎn)可設(shè)計形狀的石墨烯結(jié)構(gòu)一直以來沒有得到很好的解決。化學(xué)氣相沉積法，自從2009年被報導(dǎo)可引入大規(guī)模石墨烯制造，成為了很多石墨烯制備的主要方式。通過化學(xué)氣相沉積法結(jié)合多孔材料基板制備的石墨烯結(jié)構(gòu)可以用于各種應(yīng)用。由于可犧牲的沉積基板的選擇會很大程度影響到最終的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以在基板制造是很重要的一部分。傳統(tǒng)的商用模版，如泡沫金屬材料由于其缺少微觀孔隙的存在，造成產(chǎn)品機械性能較差；而一些多孔材料基板，則因為宏觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計限制不能達到均勻的生長。

  對此，西北工業(yè)大學(xué)官操教授團隊和新加坡國立大學(xué)丁軍教授團隊合作，提出一種3d打印制備可去除基板的方法。通過引入傳統(tǒng)陶瓷燒結(jié)造成的微孔以及3d打印設(shè)計的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制成的石墨烯結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高達994.2 m²/g的比表面積, 2.39 S/cm電導(dǎo)率, 239.7 kPa楊氏模量, 以及可調(diào)控的表面性質(zhì)。這種三維石墨烯材料展現(xiàn)了在傳感器，能源存儲以及水處理等領(lǐng)域的極大前景。

圖1. 三維石墨烯結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路 （a）宏觀多孔結(jié)構(gòu)的基板；（b）微觀多孔結(jié)構(gòu)的基板；（c）有層次孔狀結(jié)構(gòu)；（d）實驗設(shè)計思路。

圖2. 三維石墨烯結(jié)構(gòu)的 （a） SEM 圖像; （b） EDX 圖像; （c）TEM 圖像; （d） XPS 圖譜；（e）XRD 圖像；（f）拉曼光譜。 

圖3. （a-b） 隨著形變?nèi)S石墨烯結(jié)構(gòu)電阻改變; （c-d） 電化學(xué)性能測試（產(chǎn)氧以及產(chǎn)氫）; （e）海水淡化效率; （f） 三維石墨烯結(jié)構(gòu)紫外-可見光光譜。

  以上成果發(fā)表在ACS Nano。論文的第一作者為新加坡國立大學(xué)博士生徐茜，通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)官操教授和新加坡國立大學(xué)材料學(xué)院丁軍教授和John Wang教授。

  論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b08191