韩国釜山大学：激光诱导石墨烯基材料储能与转换研究进展

成果简介

激光诱导石墨烯（LIG）是一种多孔碳纳米材料，可以通过照射CO来生产2在环境条件下，激光直接照射在聚合物基材上。与传统石墨烯相比，LIG具有许多优点，例如简单快速的合成，可调的结构和组成，高比表面积和孔隙率，优异的导电性和导热性，以及良好的柔韧性和稳定性。这些特性使LIG成为能源应用的有前途的材料，如超级电容器、电池、燃料电池和太阳能电池。

本文，韩国釜山大学《ChemSusChem》期刊发表名为“Recent Advances in Laser-Induced Graphene-Based Materials for Energy Storage and Conversion”的论文，研究重点介绍了LIG在能源材料领域的最新进展，包括基于LIG的电极和器件在析氢反应、析氧反应、氧还原反应、锌空气电池和超级电容器等领域的制备方法、性能增强策略以及器件集成。这篇全面的综述研究了LIG在未来可持续和高效能源材料开发中的潜力，强调了其在能源转换方面的多功能性和多功能性。

图文导读

2.1 LIG 概述

目前，生产石墨烯的技术多种多样，其中最著名的方法是化学气相沉积法（CVD） ，这种方法可以控制合成特定数量的石墨烯层，但通常需要使用昂贵的设备。这促使研究人员寻找合成原始石墨烯或含有石墨烯材料的替代工艺。与早期的加工方法相比，激光直写（LDW）方法有许多优点，例如无掩模、无催化剂、无毒、可控和非接触。此外，它还是一种快速、有效的方法，可在宏观、微观和纳米尺度上生产任何复杂的激光制造结构。更重要的是，LDW 可用于各种应用的简单制备和低成本功能化。

因此，利用激光技术制造具有更好特性的功能器件，以及对石墨烯薄膜进行简单合成和原子设计，将更具竞争力。在指定位置，将含碳前驱体置于激光辐射下可直接制造石墨烯。通过改变激光参数，可以调节石墨烯薄膜的结构形态和特性。尽管在基底上以低成本合成石墨烯薄片以及无化学试剂、低温加工高质量石墨烯具有巨大优势，但它仍需要进一步发展，以迎接更多挑战。因此，了解 LIG 的微观结构和性能的基本原理至关重要。此外，由于激光的选择性和多尺度能力，激光参数（波长、扫描速度、功率等）可以改变材料的结构和性能。因此，它鼓励使用传统方法（如光刻法）以外的新型制造概念。

图1、LIG的总体概述

2.3 LIG 的合成参数

LIG 通常是通过激光在 PI 薄膜上划线合成的，从而形成含有石墨烯片的多孔结构。

图2、LIG的合成参数

2.4 LIG的应用

2.4.1 HER、OER和水分解

多孔LIG具有优越的比表面积和高电子电导率，因此当活性材料修饰在其表面时，它可以用作催化剂载体。

图3、LIG基材料的HER、OER和水分解的电化学测量。

2.4.2 ORR和锌空气电池

除了HER和OER，ORR也很重要，因为它的活性与燃料电池和锌空气电池（ZAB）直接相关。

图4、LIG基材料的ORR和锌空气电池的电化学测量

图5、LIG基碳杂化材料及其应用.

小结

这篇综述文章概述了使用激光技术通过增强功能器件的功能和实现简单的合成来提高功能器件的优势，特别是在能量转换应用中。首先讨论了在特定条件下使用商业化聚合物制备LIG的方法。LIG的大部分是通过激光划线经激光功率、扫描速度等因素修饰的PI薄膜而产生的，从而为下一节中解释的碳基材料提供了广泛的形态特征，并讨论了在多孔LIG表面装饰的活性材料。在这里，LIG可以提供优越的比表面积和高电子电导率，并且该催化剂可用于HER和OER反应，以实现整体水分解反应。此外，LIG的活性金属在ORR性能方面表现出优异的性能，并提高了ZAB的功率密度和稳定性。最后一部分涉及基于 LIG 和 CNT 的 MSC 的有前途的协同混合类型。用于高性能间充质干细胞的混合电极材料的设计通过表现出卓越的运行效率，为制造灵活的能源设备提供了一种快速而创造性的方法。然而，有必要对LIG在实际应用中的挑战和局限性进行更深入的分析。上述关于LIG衍生电催化剂的研究在实验室规模上是有限的，因此当我们关注可扩展性、成本效益、环境影响等时，这将是有意义的。

因此，LIG作为能量转换和先进设备制造的材料表现出巨大的前景，其卓越的性能，加上其进一步发展的潜力，使其成为迈向安全和可持续未来的令人信服的选择。

文献：

https://doi.org/10.1002/cssc.202301146