以烟煤为原料制备少层石墨烯，用于锂离子电池

摘要：激光诱导煤基石墨烯（C-LIG）是能源材料研究领域中一个前景广阔的领域，其研究重点是利用低成本和环境友好型工艺将丰富的煤炭资源转化为高价值的石墨烯基材料。本文，中国矿业大学（北京）王绍清教授团队在《ACS Omega》期刊发表名为“Laser-Induced

1成果简介

激光诱导煤基石墨烯（C-LIG）是能源材料研究领域中一个前景广阔的领域，其研究重点是利用低成本和环境友好型工艺将丰富的煤炭资源转化为高价值的石墨烯基材料。本文，中国矿业大学（北京）王绍清教授团队在《ACS Omega》期刊发表名为“Laser-Induced Porous Graphene-Based Materials and Its Potential Application in Lithium–Ion Batteries”的论文，研究利用二氧化碳红外激光设备，在真空条件下成功地从低挥发性烟煤中制备出了少层石墨烯。

结果表明，激光诱导的石墨烯主要由 2-5 层组成，具有多孔结构，孔壁有较小尺寸的孔。此外，石墨烯还具有较大的层间间距，各层呈长程无序排列，显示出较高的结晶度和芳香层的显著扩展。值得注意的是，层间距随着石墨烯层数的减少而增大。当用作锂离子电池的负极材料时，C-LIG 在 0.1 A g-1 的条件下显示出 330 mA h g-1 的高比容量，优于基于石墨的商用电池。扩展的层间间距和独特的孔隙结构促进了锂离子的快速转移，从而提高了存储性能。这些研究结果表明，C-LIG 在电化学储能领域具有巨大的应用潜力。

2图文导读

图1.煤基激光诱导少层石墨烯形成的过程和机理。

图2.自组装激光诱导器件。

图3.（a-c）C-LIG的SEM图像。（d） DFT 孔径分布。（e） C-LIG 的氮气吸附-脱附曲线.

图4.（a-c）C-LIG 的 TEM 图像。（d-f）C-LIG 的 HR-TEM 图像。（g） ABC 堆叠顺序石墨烯排列和 C-LIG 排列。

图5. (a) Raman spectra of C-LIG. (b) Laser and different methods of ID/IG. (c) Coal and different precursors of ID/IG. (d) Coal and different precursors of I2D/IG.

图6. (a) XRD patterns of C-LIG (inset: 002 peak fitting). (b) Interlayer spacing of C-LIG and other research.

图7. (a) GCD curves of C-LIG. (b) CV curves of C-LIG. (c) Nyquist plots of C-LIG. (d) Rate capability of C-LIG. (e) Cycling performance of C-LIG.

3小结

综上所述，我们以煤为前驱体，通过激光诱导法成功合成了一种具有优异特性的几层多孔石墨烯基材料。C-LIG 具有类似蜂窝状的形貌，并具有多孔特征，主要为介孔结构，同时在孔壁中观察到许多尺寸较小的孔。这表明 C-LIG 结构具有良好的连通能力。C-LIG具有以2-5层石墨烯为主的少层结构和较大的层间距（0.342-0.385nm）；同时，C-LIG 的层间排列是长程无序的，这导致层间距变宽。此外，层间距随着石墨烯层数的减少而增大。C-LIG 的电导率为 30 S cm-1。作为锂离子电池阳极，C-LIG 在电流密度为 100 mA g-1 时显示出 330 mA h g-1 的高比容量，电荷转移电阻为 190 Ω。总之，该方法为石墨烯材料的生产提供了一种新策略，在锂离子电池领域具有广泛的应用潜力。

文献：