被炒得这么火，石墨烯有啥真本事

石墨热膨胀法和纳米金刚石转化法得到的石墨烯具有较高的比电容，可以达到117 F/g;在有机电解液中，电压为3.5 V的时候，其比电容和比能量可以达到 71F/g 和31.9 Wh/kg。

我们小组通过低温热膨胀法制备的石墨烯材料，未经任何后处理，在 30%(质 量分数) KOH 电解液中，其比电容可以达到180～230 F/g;与氧化物复合后，比电容得到大幅提高,同时具有良好的功率特性。中科院金属所和南开大学相关小组也已经取得很好的研究进展。

石墨烯材料应用于超级电容器有其独特的优势。石墨烯是完全离散的单层石墨材料，其整个表面可以形成双电层;但是在形成宏观聚集体过程中，石墨烯片层之间互相杂乱叠加，会使得形成有效双电层的面积减少(一般化学法制备 获得的石墨烯具有200～1 200 m2/g)。即使如此，石墨烯仍然可以获得100~230 F/g 的比电容。如果其表面可以完全释放，将获得远高于多孔炭的比电容。在石墨烯片层叠加，形成宏观体的过程中，形成的孔隙集中在 100 nm 以上，有利于电解液的扩散，因此基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性。

3.2 石墨烯在锂离子电池中的应用

对锂离子电池负极材料的研究，主要集中在碳质材料、合金材料和复合材料等方面。碳质材料是最早为人们所研究并应用于锂离子电池商品化的材料，至今仍是大家关注和研究的重点之一。碳质材料根据其结构特点可分成可石墨化炭(软炭)、 无定形炭(硬炭)和石墨类。目前对碳负极的研究主要是采用各种手段对其表面进行改性，但是对人造石墨再进行表面处理将进一步增加制造成本，因此今后研究的重点仍将是怎样更好地利用廉价的天然石墨和开发有价值的无定形碳材料。因此，从石墨出发制造低成本高性能的锂离子电池负极材料是现在的主要研究方向。石墨烯作为一种由石墨出发制备的新型碳质材料，单层或者薄层石墨(2～10 层的多层石墨烯)在锂离子电池里的应用潜力也落入研究者的视野之中。

Yoo等人研究了石墨烯应用于锂离子二次电池负极材料中的性能，其比容量可以达到540 mAh/g。如果在其中掺入C60和碳纳米管后，负极的比容量可以达到784 mAh/g 和730 mAh/g。Khantha 等人通过理论计算讨论了石墨烯的储锂机理。

我们运用低温法制备的石墨烯材料直接用于锂离子二次电池的负极材料，其首次放电比容量可以达到 650 mAh/g。经过改性，此结果还可以提高。但其首次充放电效率和循环效率较低，需要对石墨烯结构进行改性。多层石墨烯由于具有一定的储锂空间，同时锂离子的扩散路径比较短，因此应该具有较好的功率特性。相关小组目前正在开展石墨烯的结构改性和复合，进行相关的研究工作。

3.3 石墨烯在太阳电池中的应用

除了显示出作为超级电容器和锂离子电池的巨大潜力外，石墨烯也在太阳电池、储气方面展现出独特的优势。二维的石墨烯具有良好的透光性和导电性， 是很有潜力替代ITO的材料。利用石墨烯制作透明导电膜并将其应用于太阳电池中也成为人们所研究的热点。

Wang 等人利用氧化石墨热膨胀后热处理还原得到的石墨烯制作为透明导 电膜应用于染料敏化太阳电池中，取得了较好的结果。制备的石墨烯透明导电膜的电导率可以达到 550 S/cm，在 1000～3000nm 的光波长范围内，透光率可以达到 70%以上(图3)。Wu等人用溶液法制备的石墨烯透明导电膜应用于有机太阳电池中作为阳极，但是由于应用的石墨烯未经过有效的还原，所以电阻较大，导致得到的太阳电池的短路电流及填充因数不及氧化铟，如果可以降低石墨烯膜的电阻，得到的结果可能要更好。Liu等人用溶液法制备的石墨烯与其它贵金属材料复合的电极组装的有机太阳电池的短路电流可以到4.0 mA/cm2 ，开路电压为 0.72 V，光转化率可以达到1.1%。Li等人对石墨采用剥离- 再嵌入 - 扩张的方法，成功制备了高质量石墨烯，其电阻比通过以氧化石墨为原料制备的石墨烯低100倍，并以DMF为溶剂，成功制备了LB膜，这种透明导电膜也成为应用于太阳电池的潜在材料。

我们和合作小组率先报道了运用气液界面自组装方法制备大表面积、无支撑超薄石墨烯膜;经过选择性掺杂、改性，可以获得不同电性质和透光率的石墨烯柔性膜，是一种潜在的太阳电池电极材料。

3.4 石墨烯在储氢/甲烷中的应用

Dimitrakakis利用石墨烯和碳纳米管设计了一个三维储氢模型，如果这种材料掺入锂离子，其在常压下储氢能力可以达到41g/L(图 4)。因此，石墨烯这种新材料的出现，为人们对储氢/甲烷材料的设计提供了一种新的思路和材料。

4 结语与展望--石墨烯作为新型储能材料的前景分析

石墨烯具有较大的比