美國歇根理工大學(xué)的材料科學(xué)教授胡云行博士和他的研究團(tuán)隊(duì)在二氧化碳和鈉之間創(chuàng)造了放熱反應(yīng)，合成了三維微孔結(jié)構(gòu)石墨烯。

胡云行說：“三維微孔結(jié)構(gòu)石墨烯是一種全新的材料，材料的表面被微孔斑點(diǎn)折疊成較大的介孔，這兩者都增加了可用于吸附電解質(zhì)離子的表面積。這將是一種優(yōu)良的儲能裝置電極材料”。三維石墨烯的折疊使得與表面微孔一起工作的中孔通道增加了材料的超電容性能。

多孔的超級電容器材料

基本上，超級電容器材料需要存儲和釋放電荷。限制因素是離子可以通過材料快速移動(dòng)。

三維微孔結(jié)構(gòu)石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的超電容性能使其適用于電梯、公共汽車、起重機(jī)以及需要快速充電/放電循環(huán)的任何應(yīng)用。超級電容器是重要的儲能裝置，已廣泛用于混合動(dòng)力汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)。

目前商業(yè)化的超級電容器多使用活性炭，使用微孔條來提供有效的電荷積累。然而，電解質(zhì)離子難以擴(kuò)散到活性炭深孔或通過活性炭的深孔，增加了充電時(shí)間。

“新的3-D表面微孔石墨烯解決了這一點(diǎn)，”胡說?！盎ミB的中孔可以作為電解質(zhì)儲存器的通道，表面微孔吸附電解質(zhì)離子，而不需要將微離子深入離子。

中孔像港口，電解質(zhì)離子是可以停留在微孔中的船只。離子不必在移動(dòng)和對接之間通過很長距離，這大大改善了他們可以引導(dǎo)的充放電循環(huán)。

以溫室氣體為原料的工藝

為了從二氧化碳合成材料，胡氏團(tuán)隊(duì)向鈉中加入了二氧化碳，然后將溫度升至520攝氏度。反應(yīng)可釋放熱量以作為能量，而不需要能量輸入。

在此過程中，二氧化碳不僅形成3-D石墨烯片，而且還形成微孔，這些微小的凹痕在石墨烯的表面層中只有0.54納米深。

胡先生的這項(xiàng)研究由美國國家科學(xué)基金會（NSF）資助，詳細(xì)介紹此項(xiàng)研究內(nèi)容的文章《An Ideal Electrode Material，3-D Surface-Microporous Grabhene for Supercapacitors with Ultrahigh Areal Capacitance》刊登在近期《ACS應(yīng)用材料與接口》上。

人物介紹：胡云行博士，美國密歇根理工大學(xué)首任麥克阿瑟講席教授，美國科學(xué)促進(jìn)會會士，美國化工學(xué)會會士，英國皇家化學(xué)會會士。2014年，當(dāng)選美國化學(xué)會能源與燃料分會主席。2015年，當(dāng)選國際氫氣能源協(xié)會儲氫分會主席。是4本美國化學(xué)會系列叢書的主編，9個(gè)國際學(xué)術(shù)雜志的編委和4個(gè)國際學(xué)術(shù)雜志的客座主編。先后主持30次國際學(xué)術(shù)會議，并在國際學(xué)術(shù)會議、世界著名大學(xué)和研究中心做特邀報(bào)告100多次。

研究領(lǐng)域包括納米材料、清潔能源，儲氫材料、二氧化碳轉(zhuǎn)化、催化、量子化學(xué)計(jì)算和太陽能源等。在國際著名學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文160多篇，引用6000次。