三維石墨烯基材料應用在催化反應中的研究進展

近年來，石墨烯基材料因其高導電性、較大的比表面積、優異的導熱性和突出的機械性能，因此在催化領域有著良好的應用前景。然而，由於石墨烯片層之間存在的強吸引力，導致石墨烯在催化反應過程中極易團聚從而失去了原有高比表面積等特性，因此降低了催化性能。從納米尺度上構造具有三維蜂窩狀骨架結構的石墨烯基材料，可以有效地抑制石墨烯片層團聚，從而保證了催化反應的高效進行。

近年來，華東理工大學張金龍教授和邢明陽副教授在三維石墨烯基複合材料的製備及其在能源與環境領域的應用研究方面取得了一系列的研究進展。比如，他們採用葡萄糖等多羥基化合物為連接劑，成功製備了TiO2高分散負載三維石墨烯氣溶膠（J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 5852 [ESI高被引論文，0.1%熱點論文]）。該石墨烯氣溶膠具有大孔-介孔多級孔道結構，以及超輕的密度，其特殊的結構非常有利於電子的傳輸和鋰離子的穿插與儲存，使其在光催化領域和鋰離子電池領域表現出很大的應用前景。接著，他們又採用類「St?ber」法，實現了不同鐵氧化物納米顆粒在三維石墨烯表面的原位生長，原位負載生成強電子耦合作用的Fe-O-C共價鍵，促進了光生電子的遷移，提高了其在中性條件下芬頓催化反應降解苯酚、甲基橙、羅丹明B等有機污染物分子的礦化率（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 12820; Sci. Rep., 2015, 5, 8591 [ESI高被引論文]；Appl. Catal. B, 2016, 183, 216 [ESI高被引論文]; Appl. Catal. B, 2018,222, 146）。

近日，該研究團隊在英國皇家化學學會的旗艦綜述期刊Chemical Society Reviews(IF=38.618) 上發表綜述文章，對三維石墨烯基材料在催化領域的應用研究做了全面分析總結，並展望了這類材料的未來發展趨勢。

該綜述首先對構建三維石墨烯基材料的方法進行了總結，闡述了基於模板法合成和無模板法合成的策略。接著，作者介紹了三維石墨烯基材料的表徵手段，獨特性質以及理論模型，加深了對三維石墨烯基材料在催化反應中的理解。隨後作者闡述了三維石墨烯在光催化、電催化和有機催化反應中的應用，著重討論了如何通過引入活性組分，表面官能團化以及雜原子摻雜等調控手段去提高三維石墨烯材料的催化活性。

最後，作者總結了三維石墨烯基材料在催化領域的優勢和不足，並對未來研究方向進行了展望。作者認為目前三維石墨烯基材料面臨的最大挑戰主要有兩點：第一是對三維石墨烯材料孔徑的精確調控。眾所周知，均一的孔結構不僅可以提高催化反應的活性，而且可以產生獨特的光學性質。第二是在不增加成本的情況下如何大規模生產少層甚至單層結構石墨烯組裝而成的三維石墨烯基材料。氣相沉積方法雖然可以合成層數較少的三維石墨烯材料，但是其不僅耗費高而且合成過程中孔徑不易調控。

該論文的第一作者是邱博誠博士，通訊作者是邢明陽副教授和張金龍教授。該綜述得到了國家重點研發計劃「納米科技」專項青年項目以及國家自然科學基金等項目的支持。

該論文作者為：Bocheng Qiu, Mingyang Xing*, Jinlong Zhang*

Recent advances in three-dimensional graphene based materials for catalysis applicationsChem. Soc. Rev.,2018, DOI:10.1039/C7CS00904F

作者簡介：

張金龍，華東理工大學教授，博士生導師，連續四年入選Elsevier公布的（2014-2017年度）中國高被引學者之一。已在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., CHEM, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy. Environ. Sci., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等國際一流雜誌上發表SCI論文360餘篇，被引用15000餘次， H因子為62。

http://www.x-mol.com/university/faculty/10415

邢明陽，華東理工大學副教授，碩士生導師，2016年國家重大研發計劃「納米科技」專項青年科學家項目獲得者。在Chem. Soc. Rev., CHEM, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Mater. Horiz., J. Photoch. Photobio. C., Small., J. Mater. Chem. A, Appl. Catal. B 等期刊上發表SCI論文60餘篇，被引用3271次，H因子為31。

http://www.x-mol.com/university/faculty/38293

邱博誠博士，在2017年獲得華東理工大學博士學位，現為香港理工大學應用物理系博士後。以第一或者通訊作者在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等期刊上發表SCI論文13篇 （IF大於10的6篇）。

來源：X-MOL資訊

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