三維石墨烯結構一直以來由于其理想的機械性能，比表面積，以及電傳導能力被廣泛運用在工程能源環(huán)境各領域。但是如何解決大規(guī)模生產(chǎn)可設計形狀的石墨烯結構一直以來沒有得到很好的解決；瘜W氣相沉積法，自從2009年被報導可引入大規(guī)模石墨烯制造，成為了很多石墨烯制備的主要方式。通過化學氣相沉積法結合多孔材料基板制備的石墨烯結構可以用于各種應用。由于可犧牲的沉積基板的選擇會很大程度影響到最終的內(nèi)部結構，所以在基板制造是很重要的一部分。傳統(tǒng)的商用模版，如泡沫金屬材料由于其缺少微觀孔隙的存在，造成產(chǎn)品機械性能較差；而一些多孔材料基板，則因為宏觀結構的設計限制不能達到均勻的生長。
對此，西北工業(yè)大學官操教授團隊和新加坡國立大學丁軍教授團隊合作，提出一種3d打印制備可去除基板的方法。通過引入傳統(tǒng)陶瓷燒結造成的微孔以及3d打印設計的復雜結構，制成的石墨烯結構實現(xiàn)了高達994.2 m2/g的比表面積, 2.39 S/cm電導率, 239.7 kPa楊氏模量, 以及可調(diào)控的表面性質(zhì)。這種三維石墨烯材料展現(xiàn)了在傳感器，能源存儲以及水處理等領域的極大前景。
圖1. 三維石墨烯結構的設計思路 （a）宏觀多孔結構的基板；（b）微觀多孔結構的基板；（c）有層次孔狀結構；（d）實驗設計思路。
圖2. 三維石墨烯結構的 （a） SEM 圖像; （b） EDX 圖像; （c）TEM 圖像; （d） XPS 圖譜；（e）XRD 圖像；（f）拉曼光譜。
圖3. （a-b） 隨著形變?nèi)S石墨烯結構電阻改變; （c-d） 電化學性能測試（產(chǎn)氧以及產(chǎn)氫）; （e）海水淡化效率; （f） 三維石墨烯結構紫外-可見光光譜。
以上成果發(fā)表在ACS Nano。論文的第一作者為新加坡國立大學博士生徐茜，通訊作者為西北工業(yè)大學官操教授和新加坡國立大學材料學院丁軍教授和John Wang教授。
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