石墨烯的三维化集成是其应用于功能性器件的关键。传统的基于离散石墨烯片的三维物理堆垛方法，面临层间重堆积、缺陷引入、高接触电阻以及孔结构不可控等问题，难以有效保持二维石墨烯的优异本征性能。具有三维连续构型的纳米多孔石墨烯（3D continuously nanoporous graphene），则可以有效协调其结构和物理特性（图1）。在结构方面，它可视为石墨烯在三维空间平滑延伸而成的低曲折度多孔结构，无石墨烯堆垛边界、缺陷密度低；在物理特性方面，三维纳米多孔石墨烯可有效保持石墨烯的二维电子特性，包括费米面附近的线性电子态密度和高本征电子迁移率等。这些独特的结构和物理特性使纳米多孔石墨烯区别于其他的三维石墨烯材料，在纳米电子器件、传感、多相催化、能量转换与存储等领域表现出显著的应用潜力，受到了广泛的关注。(详情请参考陈明伟教授、韩久慧教授Adv. Mater.综述论文：3D Continuously Porous Graphene for Energy Applications，
图3. 使用FIB三维重构解析的纳米多孔石墨烯三维结构（黑色衬度为石墨烯，灰色衬度为填充在纳米孔道中的Bi） 本研究中采用的材料制备方法—液态金属脱合金法（liquid metal dealloying, LMD），是使用金属熔体作为腐蚀媒介，利用合金组分与金属熔体的混溶性差异来实现合金的选择性蚀刻，进而驱动纳米多孔结构的形成。基于此原理，本研究选择非晶态金属碳化物Mn80C20（at.%）作为前驱体，金属Bi熔体作为腐蚀媒介。使用非晶态前驱体可以有效避免由于晶界不均匀腐蚀而导致的大量宏观裂纹的产生。在高温下，Bi熔体驱动非晶态Mn80C20中Mn原子的选择性溶解，释放出的活性碳原子在固体-熔体界面上发生类似于调幅分解（spinodal decomposition）的动态自组装过程，从而构建出三维互连的纳米韧带和孔洞，形成双连续纳米多孔结构（图2a）。该过程实现了纳米多孔石墨烯的一步直接合成。得到的大尺寸纳米多孔石墨烯具有典型的三维连续构型，结晶度高，结构均匀（孔径约100nm），无裂纹缺陷，具有柔性（图2b-e，图3）。 Soo-Hyun Joo，韩国檀国大学助理教授，主要研究方向为纳米多孔金属及复合材料的脱合金制备、组织调控和力学性能。 Hidemi Kato，日本东北大学教授，主要研究方向为金属玻璃的制备及性能研究，液态金属脱合金技术，纳米多孔金属材料开发和应用。