2020深圳石墨烯国际云论坛嘉宾-成会明院士工作汇总

成会明院士简介

中国科学院院士

发展中国家科学院院士

成会明，炭材料科学家。1984年毕业于湖南大学获学士学位，1987、1992年在中科院金属研究所获硕士和博士学位。主要从事碳纳米管、石墨烯、其他二维材料、能量转换和储存材料等研究，提出了浮动催化剂化学气相沉积、非金属催化剂化学气相沉积制备碳纳米管等方法，促进了碳纳米管的研究与应用。提出了模板导向化学气相沉积等方法，制备出石墨烯三维网络结构材料、毫米级单晶石墨烯，发展了石墨烯材料的宏量制备技术。提出了可高效储能的层次孔材料设计和电化学电位调控的思路，制备出一系列新型能量转化与储存材料。研制出块体各向同性热解石墨材料，批量应用于多项重点工程。其研究成果多项被转移转化。他在国内外学术会议上做特邀报告180多次，是化学和材料两个领域高被引科学家。曾获国家自然科学二等奖两项、国防科技进步二等奖一项、辽宁省自然科学一等奖四项、何梁何利科学与技术进步奖、美国Charles E. Pettinos奖、德国Felcht奖、美国ACS Nano讲座奖等。曾任《Carbon》副主编、《新型炭材料》主编，现任《Energy Storage Materials》创刊主编、《Science China Materials》副主编。

最新文章及代表作一览

一、Chemical Reviews综述：用于先进电化学储能器件的碳基纤维

该综述总结了碳基纤维，特别是碳纳米纤维、碳纳米管基纤维和石墨烯基纤维的制备技术，以及改善其机械、电学和电化学性能的各种策略。重点介绍了基于这些碳基纤维的先进能量存储器件的设计、组装和潜在应用。最后，讨论了碳基纤维在先进储能器件应用中的挑战和未来机遇。

Shaohua Chen, Ling Qiu, and Hui-Ming Cheng, Carbon-Based Fibers for Advanced Electrochemical Energy Storage Devices, Chem. Rev. 2020, 120, 2811−2878.

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00466

二、AFM综述: 石墨烯及多孔石墨烯材料的化学及潜在应用

该综述介绍了石墨烯和GO功能化的化学方法和途径，以及多孔石墨烯材料（PGM）造孔的典型步骤、自组装、剪裁机制，同时总结了精确控制孔形态和孔径的方法。由于PGM具有独特的孔结构、多样的形态和优异的性能，因此成为能量存储、电催化和分子分离等各种应用中的关键组分。最后，讨论了PGM从探究化学自组装到特定应用面临的挑战，并提出了潜在的解决方案。

Haibo Huang, Zhong-Shuai Wu,* and Hui-Ming Cheng*, The Chemistry and Promising Applications of Graphene and Porous Graphene Materials, Adv. Funct. Mater. 2020, 1909035

https://doi.org/10.1002/adfm.201909035

三、AM：超薄石墨烯纳米片薄膜超高电磁干扰屏蔽

该工作通过扫描离心铸造方法高效合成高度取向一致的层压Pristine graphene（PG）膜和类珍珠母的PG /聚合物复合材料，其中PG含量高达90 wt％。由于PG-纳米片取向引起的高电导率和多种内部反射，此类膜在超低厚度下具有与报道的最佳合成材料MXene膜相当的超高EMI SE。此外，此类PG纳米片基薄膜与MXene同类材料相比，具有更高的机械强度（最高145 MPa）和热导率（最高190 W m^-1 K^-1）。这些优异的综合性能以及易于批量生产的特性为PG纳米片在EMI屏蔽中的实际应用铺平了道路。

Qinwei Wei, Hui-Ming Cheng, and Wencai Ren*, Superhigh Electromagnetic Interference Shielding of Ultrathin Aligned Pristine Graphene Nanosheets Film, Adv. Mater. 2020, 1907411

https://doi.org/10.1002/adma.201907411

四、Nature Communications: 粒度工程控制石墨烯薄膜热、电传输性质

探究晶界（GBs）对石墨烯薄膜的电和热传输性能的影响对于电子、光电和热电应用至关重要。该工作报道了一种分离吸附化学气相沉积法，在具有中等碳溶解度的Pt基底上制备得到了高质量单层石墨烯薄膜，晶粒尺寸从200 nm到~1 um可控。该工作确定了石墨烯薄膜热导率和电导率随晶粒尺寸的变化规律，发现石墨烯薄膜的热导率随着晶粒尺寸的减小（通过较小的热边界）而急剧降低。而且，随着晶粒尺寸的变化，热导率和电导率的变化都大于典型的半导体热电材料的变化。

Teng Ma, Hui-Ming Cheng, Wencai Ren, Tailoring the thermal and electrical transport properties of graphene films by grain size engineering, Nature Communications, 2017, 8:14486.

https://www.nature.com/articles/ncomms14486

五、PNAS: 超快充放电速率的柔性石墨烯基锂离子电池

该工作报道了一种超薄、轻质、柔性的锂离子电池，采用柔性、导电的三维石墨烯泡沫作集流体，分别负载LiFePO₄和Li₄Ti₅O₁₂作为正、负极，无需使用金属集流体、导电剂与粘结剂。混合电极极好的电导率和孔结构可实现快速的电子和离子传输。如Li₄Ti₅O₁₂ /石墨烯泡沫电极显示出200 C的高倍率，相当于18 s内完全放电。该轻薄、柔性的锂离子全电池具有优异的倍率性能和较高的能量密度，可以反复弯曲至5 mm的半径角度而发生结构破坏和性能损失。

Na Li, Feng Li, and Hui-Ming Cheng, Flexible graphene-based lithium ion batteries with ultrafast charge and discharge rates, PNAS, 2012, 17360-17365.

https://www.pnas.org/content/109/43/17360

六、JACS: 半导体和金属特性单壁碳纳米管的可控生长

单壁碳纳米管（SWCNT）既可以具有半导体特性也可以具有金属特性，主要取决于它们的手性角度和直径。由于制得的SWCNT通常是半导体和金属的混合物，长期以来SWCNT在电子产品中的使用一直受到阻碍。因此，近些年对碳纳米管的研究主要集中在均匀电类型甚至预定手性的SWCNT的可控合成。本工作总结了通过原位选择性刻蚀和新型催化剂设计可控生长半导体和金属SWCNT的最新进展，详细分析了这些方法的优势和机制，并讨论了面临的挑战。最后，预测了SWCNTs的可控合成和应用中可能的突破和未来发展趋势。

Bing Yu, Hui-Ming Cheng*, Controlled Growth of Semiconducting and Metallic Single-Wall Carbon Nanotubes, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5232–5235

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja2008278

七、 JACS: 氧气辅助浮动催化化学气相沉积法批量合成大直径半导体单壁碳纳米管

该工作通过氧气辅助的浮动催化化学气相沉积法大规模合成了平均直径为1.6 nm的半导体单壁碳纳米管（s-SWCNT）。引入的氧气可以选择性地原位腐蚀金属特性的SWCNT，而硫生长促进剂则可以促进大直径SWCNT的生长。测试表征发现样品中s-SWCNT的含量对引入的氧气量高度敏感。在最佳合成条件下，每批可以获得毫克级的s-SWCNT。

Bing Yu, Hui-Ming Cheng*, Bulk Synthesis of Large Diameter Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes by Oxygen-Assisted Floating Catalyst Chemical Vapor Deposition, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5232–5235

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja2008278

八、JACS: 无金属催化剂生长碳纳米管

该工作通过无金属催化剂的CVD工艺在SiO₂膜上生长单壁碳纳米管，获得了无金属致密的SWNT；同时开发了无金属催化剂的“划痕生长”方法来实现SWNT的图案化生长。本工作为深入了解单壁碳纳米管的生长机理提供了启示，从而有利于碳纳米管的可控合成和应用。

Bilu Liu, Wencai Ren,* Hui-Ming Cheng*, Metal-Catalyst-Free Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2082–2083

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja8093907

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