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1、垂直石墨烯特点及制备
垂直石墨烯又称为垂直碳纳米片，是由多层石墨烯组成石墨烯片层结构垂直站立在基底上形成的具有贯穿通道以及丰富边缘的石墨烯材料。其三维结构由石墨烯片垂直基底生长构成，可看作是层间距被扩大的平面石墨烯，且具有同样出色的化学稳定性和机械强度。根据形貌的不同，可将垂直石墨烯分为花瓣型、迷宫型和多枝型。由于其特殊的生长取向，石墨烯片堆叠层数减少。研究表明：若石墨烯片层越薄，则电子的传递速率越快，单层的石墨烯片可表现出优良的金属导电性质。此外，引入杂原子改变其电子态密度，也可提高其导电性。
垂直石墨烯扫描电镜照片
作为一种典型的取向材料，与传统的水平石墨烯相比，垂直石墨烯在形貌结构上有以下明显优势：（1）垂直取向性生长避免了水平结构的层间堆叠，提高了比表面积的利用率；（2）暴露的边缘提供了化学修饰位点，同时也有极高的导电性和电化学活性；（3）垂直的网状结构形成了传输的通道，有利于离子在通道内扩散以及电子在石墨烯片层中的传递。这使得垂直石墨烯在各种能源和环境应用中表现出优异的性能，例如超级电容器、传感器和太阳能热转换等领域。
垂直石墨烯的合成方法主要有等离子增强化学气相沉积法、化学气相沉积法、射频溅射法及电弧放电法等。其中，等离子增强化学气相沉积技术是制备垂直石墨烯的常用制备方法。一般的，以烃类物质（如甲烷、乙炔等）作为碳源，再通入辅助气体（如氢气、氩气、水蒸气等），在等离子体作用下，经过激发、电离、碰撞等过程，产生多种活性基团，最终在基底上经过成核、刻蚀过程后垂直生长。这种方法可以一步式快速高效制备垂直石墨烯，并且无需粘结剂，解决了水平石墨烯电极制备过程中添加粘结剂导致的导电性下降问题。
2、垂直石墨烯在硅碳负极中的应用
硅负极材料由于具有高的储锂容量，能极大地提升锂离子电池的能量密度，因此其已成为工业界研究的重点。然而，其大的体积膨胀和低的电导率极大地限制了其规模化应用。韩美胜等提出采用热化学气相沉积法在纳米硅粉表面生长垂直石墨烯（简称烯硅），该技术生长的石墨烯具有垂直、柔性、多孔和高电导率等特征，不仅有效地解决了石墨烯团聚的问题，而且有效地抑制了硅体积膨胀、改善了硅电导率低的问题。同时，烯硅材料导电性和颗粒尺寸与商业锂离子电池导电剂相似，也就是说烯硅材料的加入不仅可以提升负极材料容量，而且可以改善整个电极的电的连接性、确保离子传输通道顺畅，因此其可以像导电剂那样直接和商业石墨混成浆料，去制备电极，这也是业内首创的技术，如复配后首次可逆容量为390mAh/g时，与NCM811正极组装6000mAh软包全电池，在1C/3C循环1500周容量保持率仍高达85%以上；又如复配后首次可逆容量为450mAh/g时，与NCM811正极组装6000mAh软包全电池，在1C/3C循环1000周容量保持率仍高达82%，以上性能已超过商用所有的同类型硅碳产品。
针对各类负极材料的产业化技术与国内外市场状况，中国粉体网将于11月5-6日在青岛举办2022先进负极材料技术与产业高峰论坛，旨在为负极材料产业链上中下游企业搭建深度交流的平台，开展产、学、研合作，助推负极材料行业持续健康发展。届时，南方科技大学韩美胜副研究员将作题为《垂直石墨烯在硅碳负极中的应用》的报告，报告将对其团队关于垂直石墨烯在硅碳负极中应用的最新研究成果进行详细介绍。
专家简介：
韩美胜，南方科技大学副研究员，松山湖材料实验室客座专家，SCIE一区期刊Rare Metals青年编委，国际科学组织Vebleo Fellow、中国材料研究学会会员，中信部电池制造高级工程师，以第一作者、共同第一作者或通讯作者在国际知名期刊发表英文论文20余篇，期刊包括ACS Nano、Advanced Science、Small、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials ChemistryA等，申请专利10项，其中5项已经授权，主持与参与国家、部、省和市级项目多项，以团队的形式参加了2021中国福建（永安）石墨烯创新创业大赛并获得优秀奖。
参考来源：
李艺培等.非气态原料制备垂直石墨烯
况文豪.利用废弃油一步式制备垂直石墨烯及超级电容器应用研究
（中国粉体网编辑整理/文正）
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