NCM综述文章丨石大于锋和A*STAR张丽莉：生物质衍生石墨烯和类石墨烯炭用于能源储存与转换的综述

石墨烯是一种由碳原子以SP²杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。诺贝尔奖获得者Konstantin Novoselov 和Andre Geim在2004年利用微机械剥离法从高定向热解石墨上成功剥离并观测到单层石墨烯。石墨烯由于具有比表面积大、电子迁移率高、导电性好、导热性好等特点，已经广泛用于超级电容器、锂离子电池、燃料电池等能源储存与转化器件中。

同时，碳素家族的另一个成员——类石墨烯炭（即G炭）也引起了极大的关注，它的性质与石墨烯的性质相似。与含碳纯度高的石墨烯不同，类石墨烯炭材料在结构上与石墨烯相似，但在成份上较为复杂，常常含有氢、氮、氧、硫等元素。我们把这种结构上以sp²杂化连接的碳原子为主，主要成份是碳元素的二维材料称之为G炭（G-Carbon），像氧化石墨烯、类石墨烯炭等都属于G炭。生物质与其他材料（例如：石墨、乙烯、沥青）已经被用作前驱体来制备石墨烯和G炭。相比于“生物质——泥煤——褐煤——烟煤——无烟煤——石墨——石墨烯”的漫长历程（图1），由生物质直接制备石墨烯和G-炭材料获得了广泛的青睐。

图1 由生物质到G炭的不同历程。

近日，石河子大学于锋教授和A*STAR的张丽莉研究员合作，在《新型碳材料》发表了综述文章“A review of biomass derived graphene and graphene-like carbons for electrochemical energy storage and conversion”，总结了生物质衍生石墨烯和类石墨烯炭材料的研究进展，介绍了多种自然资源作为碳前体合成高质量G炭的方法，包括高温处理法、基底上生长法、模板辅助合成法、无模板的自生催化法、g-C₃N₄衍生法、等离子体辅助合成法、激光诱导法等。同时，讨论了G炭在电化学储存与转化、灵敏传感器等领域中的应用。最后，总结了目前G-炭材料大规模合成所面临的挑战和未来的发展前景。

文章信息  New Carbon Materials

Dandan Ouyang#, Libing Hu#, Gang Wang, Bin Dai, Feng Yu*, Lili Zhang*, A review of biomass derived graphene and graphene-like carbons for electrochemical energy storage and conversion. New Carbon Materials,2021,36(2):350-372. DOI: 10.1016/S1872-5805(21)60023-21

通讯作者简介

于锋，男，博士，教授，博士生导师，国家级海外高层次人才。2010年毕业于中科院理化所，先后在NTU和A*STAR做博士后研究工作。2014年正式加入石河子大学，2015年入选国家级海外高层次人才计划，2016年&2019年入选兵团英才。主要从事含碳固废、新疆蛭石等在能源与环境催化领域的基础和应用研究工作，主持和参与了国家863计划、国家自然科学基金等各类项目10余项，在GEE、JMCA、CEJ、Nano Energy等期刊发表SCI科研论文等100余篇，引用3300余次，H因子33。担任Nanomater.等期刊客座编辑和北京市国际合作基地特聘专家。

张丽莉博士，研究员，2004年以第一荣誉学士学位毕业于新加坡国立大学化学与生物工程学院，2004年至2006年期间担任美光科技公司工程师，2011年获新加坡国立大学博士学位。2011年至2012年在美国德克萨斯州立大学奥斯汀分校Prof. Ruoff课题组从事博士后研究。2012年10月至今在新加坡化学与工程科学研究所担任研究员。张丽莉博士长期从事先进碳基材料和新型纳米材料的制备，电化学，清洁能源，绿色催化以及材料科学的基础和应用研究。迄今为止发表SCI论文90余篇，总引用次数21100余次，H-index为45，三项专利，入选2018-2020年度科睿唯安高被引科学家，在能源存储和碳基材料领域具有良好的国际学术声誉。近年来在国际科学领域的高质量杂志上以第一作者和通讯作者发表论文，包括Nat. Common., Chem. Soc. Rev., Nano Lett., ACS nano, Energy & Environ. Sci.等，相关工作受到国际同行的广泛认可。