题目：三维网络结构石墨烯电极材料制备及电化学电容性能

电化学电容器，也叫超级电容器，因其充放电速度快、循环寿命长、环境友好等优点而备受国际广泛关注。电极材料是决定超级电容器性能的主要因素之一，基于石墨烯为主的超级电容器电极材料具有大的表面积、良好的导电性、独特的导热性和优异的机械性等，是一种具有广阔应用前景的电极材料。但化学还原制备的二维石墨烯材料，片层之间因为具有较强的π-π堆叠和疏水作用，以及单个片层还原伴随着物理交联、范德华力等原因导致石墨烯片层发生严重堆叠和团聚。构建石墨烯的三维网络结构不仅有利于电极材料内部电子的传输，而且降低了电解质离子在电极内部的扩散阻力，对发挥电极材料电化学性质起到重要作用。

我们以三维泡沫镍为模板，苯乙烯为碳源，通过化学气相沉积（CVD）的方法制备了高质量三维结构石墨碳（3DG）材料。该3DG具有相互交联的结构，同时高的石墨化为电子在三维空间的快速传递提供了有利的条件，因而可作为理想的赝电容材料负载骨架。通过3DG与KMnO4之间的氧化还原反应，将MnO2纳米片均匀的沉积在3DG上，形成了3DG-MnO2多级结构，3DG骨架与MnO2的之间的紧密接触有效降低了两相之间的界面阻力，大幅度地促进了电子由3DG向MnO2的传输。复合材料保持了3DG的三维交联结构，缩短了电解质离子传输途径。同时生长在3DG骨架上的MnO2纳米片提供了更多的电化学反应活性位点，提升复合材料的电容量。在三电极体系中测试，电流密度为2 A/g时，3DG-MnO2复合电极电容值可以达到210 F/g，经4000次充放电循环测试后，复合电极具有较好的电容保持率（75%）和优异的库伦效率（97.8%），使3DG-MnO2成为电化学储能的理想电极材料之一。

石墨烯气凝胶以其丰富的三维结构引起广泛关注。由于气凝胶在凝胶化过程中单个片层之间存在物理交联，导致气凝胶发生部分堆叠和团聚，引起表面积降低，储能效率不高。为了使石墨烯气凝胶满足高能量储存器件的需求，我们采用简单、有效的H3PO4活化方法，在石墨烯二维面内创制孔径为2.0-8.0 nm纳米孔洞，使材料呈现出多级孔洞结构。石墨烯气凝胶自身的三维交联结构，以及石墨烯二维面内的纳米孔道结构，不仅能提高电极的利用效率，而且能保证电解质离子在三维平面的传输模式，有利于电容性能的充分发挥。物理吸附测试结果得出，磷酸活化后的石墨烯气凝胶比表面积达到1145 m2/g。电化学测试显示最大质量比电容值为204 F/g，电极材料经10000次充放电循环之后，电容的保持率为92%。磷酸活化石墨烯方法为制备石墨烯功能材料提供了一条新途径，具有多级孔道分布的石墨烯气凝胶也将在生物传感、太阳能、纳米电子和电化学储能等领域展示广阔的应用前景。