石墨有很高的锂离子储存容量，但是石墨的钠离子储存容量却很低。如果将石墨的层间距扩大，并引入适量的结构缺陷会显著提高它们的钠离子储存容量。然而目前在大尺度上精确调节石墨材料的层间距还很难实现。此外，实用的钠离子电池也需要拥有高面容量的电极。通过增加电极厚度来提高电极面容量会影响电极中的质量传递。目前通过热或者化学还原的方法，已经可以用氧化石墨烯大规模生产石墨烯纸。但是不同的还原方法会使石墨烯片层间产生不同程度的堆叠，而且石墨烯表面的功能团也会产生显著变化。这些都直接影响石墨烯纸作为钠离子电池电极材料的性能。
近日，悉尼大学陈元教授课题组等人利用一种爆炸热分解的方法来精确调控热还原氧化石墨烯的层间距。首先通过原位X射线衍射建立了升温速率和温度与石墨烯层间距的关系。根据X射线衍射结果，在450 ℃和70 ℃/min的高速升温条件下合成了可自支撑的石墨烯纸。这些石墨烯纸拥有石墨烯薄片结合而成的多孔结构，表面富含环氧基团，层间距在0.38-0.39 纳米。同时石墨烯薄片间有合适的空隙提供了快速的传质路径，并使石墨烯纸在可逆钠离子嵌入时适当的膨胀和收缩。不使用粘结剂和导电剂的情况下，石墨烯纸可直接作为钠离子电池负极使用。在100 mA/g的电流密度下获得290 mAh/g的可逆容量。石墨烯纸同时具有很好的机械性能，可通过折叠或者滚转构建高面密度电极，在100 μAh/cm2的电流密度下实现了0.62 mAh/cm2的面容量。该文章发表在国际期刊Energy Storage Materials上。本文的第一作者是悉尼大学Asif Mahmood博士，通讯作者是悉尼大学陈元教授。