激光誘導煤基石墨烯（C-LIG）是能源材料研究領域中一個前景廣闊的領域，其研究重點是利用低成本和環(huán)境友好型工藝將豐富的煤炭資源轉化為高價值的石墨烯基材料。本文，中國礦業(yè)大學（北京）王紹清教授團隊在《ACS Omega》期刊發(fā)表名為“Laser-Induced Porous Graphene-Based Materials and Its Potential Application in Lithium–Ion Batteries”的論文，研究利用二氧化碳紅外激光設備，在真空條件下成功地從低揮發(fā)性煙煤中制備出了少層石墨烯。

結果表明，激光誘導的石墨烯主要由 2-5 層組成，具有多孔結構，孔壁有較小尺寸的孔。此外，石墨烯還具有較大的層間間距，各層呈長程無序排列，顯示出較高的結晶度和芳香層的顯著擴展。值得注意的是，層間距隨著石墨烯層數(shù)的減少而增大。當用作鋰離子電池的負極材料時，C-LIG 在 0.1 A g-1 的條件下顯示出 330 mA h g-1 的高比容量，優(yōu)于基于石墨的商用電池。擴展的層間間距和獨特的孔隙結構促進了鋰離子的快速轉移，從而提高了存儲性能。這些研究結果表明，C-LIG 在電化學儲能領域具有巨大的應用潛力。

圖1.煤基激光誘導少層石墨烯形成的過程和機理

圖2.自組裝激光誘導器件

圖3.（a-c）C-LIG的SEM圖像。（d） DFT 孔徑分布。（e） C-LIG 的氮氣吸附-脫附曲線

圖4.（a-c）C-LIG 的 TEM 圖像。（d-f）C-LIG 的 HR-TEM 圖像。（g） ABC 堆疊順序石墨烯排列和 C-LIG 排列。

圖5. (a) C-LIG的拉曼光譜。(b)激光和不同的ID/IG方法。(c)煤和不同的ID/IG前體。(d)煤和不同的I2D/IG前體

圖6. (a) C-LIG的XRD譜圖（插圖：002峰擬合）。(b) C-LIG層間間距等研究

圖7. (a) C-LIG的GCD曲線。(b) C-LIG的CV曲線。(c) c – lig的Nyquist圖。(d) C-LIG的速率能力。(e) C-LIG的循環(huán)性能。

綜上所述，我們以煤為前驅體，通過激光誘導法成功合成了一種具有優(yōu)異特性的幾層多孔石墨烯基材料。C-LIG 具有類似蜂窩狀的形貌，并具有多孔特征，主要為介孔結構，同時在孔壁中觀察到許多尺寸較小的孔。這表明 C-LIG 結構具有良好的連通能力。C-LIG具有以2-5層石墨烯為主的少層結構和較大的層間距（0.342-0.385nm）；同時，C-LIG 的層間排列是長程無序的，這導致層間距變寬。此外，層間距隨著石墨烯層數(shù)的減少而增大。C-LIG 的電導率為 30 S cm-1。作為鋰離子電池陽極，C-LIG 在電流密度為 100 mA g-1 時顯示出 330 mA h g-1 的高比容量，電荷轉移電阻為 190 Ω。總之，該方法為石墨烯材料的生產(chǎn)提供了一種新策略，在鋰離子電池領域具有廣泛的應用潛力。

原文：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c10863