大規模制備可自由成型的高性能三維石墨烯泡沫是一個亟待解決的重要問題。在眾多策略中，模板輔助的化學氣相沉積法是一種很好的選擇，制備的三維石墨烯泡沫具有良好的導電性和令人滿意的機械性能。由于該方法犧牲模板的形貌會很大程度決定三維石墨烯的形貌和性能，但是目前常用的模板主要是孔徑大小200-500微米的商業金屬泡沫，這導致石墨烯泡沫的交聯點稀疏，機械強度、彈性性能無法滿足要求而且模板的幾何形狀大小和尺寸都無法進行自由設計，限制了其的實際應用。因此，大規模制備定制化高性能石墨烯泡沫就變得越來越緊迫。最近，西北工業大學黃維院士和官操教授等人提出了一種普適的方法，利用3D打印可循環金屬鹽模板用于制備具有分層結構共價交聯的中空氮摻雜石墨烯（NG）泡沫。各種金屬鹽在課題組前期工作中被證明可用于高精度3D打印（Highly Efficient All-3D-Printed Electrolyzer toward Ultrastable Water Electrolysis. Nano Letters. 2023, 23, 629-636.; Stereolithography of 3D Sustainable Metal Electrodes towards High-Performance Nickel Iron Battery. Advanced Functional Material. 2022, 32 2205317.; Incorporating Metal Precursors towards a Library of High-resolution Metal Parts by Stereolithography. Applied Materials Today. 2022, 29, 101553.），進而得到相應的金屬模板，用于NG泡沫的制備。同時通過溫和的酸刻蝕，金屬鹽又可以回收循環使用。該策略得到的NG泡沫是通過相互交聯的石墨烯片網絡組成，具有極低的密度，優異的機械性能和抗疲勞特性，良好的導電性，和寬的可逆彈性溫度范圍。并進一步驗證其結構設計自由度高（可拉可壓可彎的負泊松/極小曲面復合結構）、大規模制備的能力和廣闊的應用前景（高能量\功率密度的電化學儲能器件和靈敏的壓力傳感器）(3D Printed Graphene-Based Metamaterials: Guesting Multi-Functionality in One Gain. Small 2023, 2207833. )。
研究亮點：
?金屬鹽模板的可回收循環利用和金屬鹽選擇的普適性。
?三維NG泡沫表現出高彈性（62500倍自重負載下完全恢復，優異的抗疲勞性（5000次循環），良好的導電性（5 S cm-1），寬的可逆彈性溫度范圍（-196-300 ℃），原位電子顯微鏡和有限元分析進一步驗證了其分層結構設計賦予其優異的機械性能。
?為了驗證其結構設計自由度高和大規模制備的能力，這種技術可以實現復雜結構三維石墨烯泡沫的大尺寸制備和可拉可壓可彎的負泊松/極小曲面復合結構的石墨烯泡沫制備。
?為了驗證其廣闊的應用前景，三維NG泡沫還可以用于制備高能量\功率密度的電化學儲能器件和靈敏的壓力傳感器。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202300904
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