二维材料粉体具有比表面积大、催化活性位点丰富、易于溶液加工、微结构可调等特性，在能源、电子器件、催化和环境等领域展现出巨大的应用前景。高品质二维材料粉体的低成本、批量化、微结构调控制备是发展其大规模应用的重要前提。本文总结了基于硅藻土模板法制备二维材料粉体(如石墨烯、石墨双炔、过渡金属氮化物、过渡金属硫属化合物粉体)的研究进展；介绍了所获得的二维材料粉体在能量存储器件、印刷电子学、电催化析氢、废水处理等领域的应用研究；最后讨论了基于硅藻土模板法的二维材料粉体制备研究中尚存的问题与挑战，以及二维材料粉体可能的应用方向。
二维材料粉体 硅藻土模板 三维多孔结构 能量存储和转换 two-dimensional material powder diatomite template three-dimensional porous structure energy storage and conversion
1 济南大学 物理科学与技术学院, 济南 250022
2 中国科学院 等离子体物理研究所, 合肥 230031
将易溶的U(VI)还原为微溶的U(IV)是治理放射性铀污染的有效方法。本研究以SiO2纳米球作为硬模板, 通过热聚合-刻蚀制备具有连续贯通的三维大孔g-C3N4光催化剂, 用于吸附-光催化还原U(VI)。材料表征结果显示: 三维大孔g-C3N4比表面积显著增加, 对可见光的吸收明显增强; 同时具有三维有序大孔结构, 并呈规则的紧密堆积结构, 孔壁完整多孔, 整个结构具有良好的三维连通性。吸附实验表明: 三维大孔g-C3N4对U(VI)最大吸附容量可达~30.5 mg/g, 该过程更符合Langmuir吸附模型, 与块体g-C3N4相比吸附容量提高了~1.83倍。光催化还原实验表明: 三维大孔g-C3N4具有高的光催化活性和良好的稳定性, 其还原反应速率常数为~0.0142 min -1, 是块体g-C3N4 (~0.0024 min -1)的~5.9倍。鉴于三维大孔g-C3N4具有较优异的吸附-催化还原性能, 该材料有望应用于放射性废水中U(VI)的快速高效清除。
三维大孔g-C3N4 吸附 光催化还原 3D macroporous g-C3N4 U(VI) U(VI) adsorption photocatalytic reduction
1 中国广核新能源控股有限公司上海分公司， 上海 200241
2 中国石油大学(华东) 材料科学与工程学院， 山东 青岛 266580
电极材料的孔径结构、尺寸、类型直接影响电极材料的电化学性能。文章利用水热反应与硝酸蒸汽处理两步法制备了三维多孔石墨烯材料，并通过控制硝酸蒸汽处理时间，研究其对电极材料电化学特性的影响。通过扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、X射线衍射等多种测试方法对得到的三维多孔石墨烯进行表征，并利用三电极测试方法，通过循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能。结果表明，所制备的三维多孔石墨烯具有微孔与纳米孔相结合的三维结构，两者的协同作用使得三维多孔石墨烯表现出优异的电化学性能，在1A/g的电流密度下，比电容最高可达191.5F/g。
石墨烯 三维多孔 电化学性能 超级电容器 能源材料 graphene threedimensional porosity electrochemical properties supercapacitor energy materials
1 南京邮电大学电子与光学工程学院 微电子学院, 江苏 南京 210023
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 江苏 南京 210093
3 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室, 江苏 南京 210093
设计一种三维多孔石墨烯(3DPG)辅助胆甾相液晶胶囊(CLCM)的新型功率探测器,用于测量高强度THz波。3DPG在频率为0.5~1.5 THz时具有超过97%的高吸收率。利用温度超灵敏CLCM的热色特性,对稳态下的THz功率进行可视化定量研究,THz功率密度高达2.77×10 2 mW/cm 2,最低探测功率仅为0.009 mW。进一步研究发现,3DPG上溅射少量金纳米颗粒后,THz功率与CLCM的Hue值呈线性关系。该可视化探测器结构简单、便携、成本低廉、高效实用,可应用于THz系统的对准、THz波的光束分析及THz成像和传感中。
探测器 胆甾相液晶胶囊 三维多孔石墨烯 太赫兹探测器 可视化探测 光学学报
2020, 40(17): 1704002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
相移点衍射干涉仪中参考球面波的质量取决于小孔的直径、圆度和厚度，其中小孔的直径是最主要的因素，在实际加工前，需给出小孔直径的要求。基于矢量衍射理论，分析计算了三维结构小孔的衍射。分析了在均匀的TE偏振光和TM偏振光入射情况下，小孔直径大小对衍射波面质量的影响。入射光的线性偏振，给衍射波面中引入了像散和彗差。分析计算得出，为了获得数值孔径(NA)为0.1，相对于理想球面波的均方根(RMS)偏差不大于0.005 λ(λ=13.55 nm)，强度均匀性为0.4的参考球面波，对90 nm厚的小孔选择直径大小为70 nm较为适宜。
光学检测 相移点衍射干涉仪 矢量衍射 三维小孔 波面误差 强度均匀性
