3D打印石墨烯材料仍存在很多問題，比如：抗壓縮、抗彎曲等機械性能差、導電性不足、傳質性能有待提高，限制了其在很多領域的實際應用。采用3D打印技術，設計并構筑高性能的三維石墨烯材料，對推動能源、環境和電子等領域的進一步發展具有重大的現實意義。

3D石墨烯氣凝膠材料的制備方法

氧化石墨烯（GO）上的含氧官能團豐富，利用GO片材之間的相互作用將氧化石墨烯納米片進行“自下而上”的自組裝，是最常用的制備具有微觀多孔結構的3D石墨烯氣凝膠材料的方法之一。

3D石墨烯材料的關鍵特性

3D石墨烯材料的表面積和孔道連通性是兩個非常重要的特性：大的表面積可以吸附更多的物質或負載更多的活性材料。好的孔道連通性則是讓反應相關的物質更容易接近石墨烯內表面。

不同制備方法及優勢

• 發泡劑輔助制備：利用發泡劑輔助可以制備具有多級孔的3D石墨烯材料，大孔小孔相互連接保證了大的表面積和非常好的孔道連通性。
• CVD石墨烯泡沫制備：CVD石墨烯泡沫可以通過在金屬泡沫上進行CVD制備得到。CVD石墨烯泡沫孔徑較大、孔壁較薄，和溶液法制備的3D石墨烯材料相比，具有更多的開放結構和相互連接的孔，且導電性更好。不過，CVD石墨烯泡沫成本較高。
• 聚合物模板制備：為了降低成本，可以用含有大孔的聚合物（例如聚氨酯）海綿作為模板，在表面涂上GO后經過后處理還原得到石墨烯泡沫。
• 定向微孔結構制備：和隨機的微孔結構相比，定向的微孔結構可以賦予3D石墨烯材料更獨特的功能。通過單向冷凍干燥的方法，可以得到以垂直冰晶為模板的具有平行孔道結構的3D石墨烯材料，這種平行通道的毛細作用可以更有效地去除液體中的污染物。

3D石墨烯材料的應用前景與優勢

孔道結構可調、成本可控、導電性可調和適合大規模制備等諸多優點，在面向不同的應用場合時可以選擇不同的制備方法制備3D石墨烯材料，這使得3D石墨烯材料具有非常廣泛的應用前景。

• 電化學性能優勢：3D石墨烯材料具有大的比表面積、連通的孔道結構、出色的導電性、強勁的機械性能和高的電化學穩定性，因此，3D石墨烯材料可以：支持3D空間中的快速電子傳輸；確保更快的離子擴散；為離子的吸附和解吸提供足夠的空間；促進液體電解質的快速傳質。在電池和超級電容器中，3D石墨烯材料具有高能量和高功率密度、出色的倍率能力和長期循環穩定性。
• 作為載體應用：此外，3D石墨烯材料還可以用作雜原子、功能聚合物、無機納米結構以及其他重要的碳納米材料的理想載體，應用于燃料電池、太陽能電池、光電化學分解水、氫存儲以及將CO?捕獲并轉化為清潔燃料和增值化學品等領域中。
• 環境治理應用：3D石墨烯材料大的比表面積和靈活可控的表面化學特性使其可用于快速去除水中的污染物。

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