图4. （a） 面内多孔石墨烯的形成过程示意图; （b） 多孔石墨烯的TEM图像。

　　与相对完美的石墨烯片层相比，面内多孔石墨烯在高性能储能器件方面具有诸多优势（图5）：
　　（1） 面内多孔石墨烯片层的离子扩散路径更短，离子可直接穿过多孔石墨烯片层。
　　（2） 面内多孔石墨烯的缺陷区域更多，使得石墨烯片层之间的π–π相互作用减弱，缓解其堆叠问题，也可以使其具有更多的活性表面。
　　（3） 面内多孔石墨烯片层具有更多的活性位点和更大的电化学反应有效表面积，有利于能量密度的提高。
　　（4） 面内多孔石墨烯片层的边缘具有丰富的化学活性位点，使其具有高催化活性。

图5. 面内多孔石墨烯材料的优势特征示意图。箭头表示离子传输途径。

　　根据不同的电容行为，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器，面内多孔石墨烯材料的高可达比表面积等优势为其性能提供了较好保障 （表1）。

　　表1.面内多孔石墨烯材料的双电层电容器的应用性能总结

　　注：表中参考文献参看原文

　　此外，将面内孔引入到石墨烯片层上可为离子扩散提供大量的传输通道，实现快速的电子转移，并增强与活性材料的协同作用，因此其也被广泛用于锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池以及锂空气电池和锂二氧化碳电池的研究（表2）。

　　表2. 面内多孔石墨烯及其复合材料在锂离子电池、钠离子电池和锂硫电池中的应用性能总结

　　注：表中参考文献参看原文
　　尽管目前已经证明了面内多孔石墨烯材料应用于电化学储能的可行性，但是在其实现商业化之前还有如下问题需要解决：
　　（1） 大多数制备方法仅限于实验室规模生产，因此有必要探索更有效的制备策略，以实现面内多孔石墨烯材料的大规模生产。
　　（2） 在制备面内多孔石墨烯材料的过程中，如何精确控制孔尺寸大小和分布仍然是一个挑战。
　　（3）石墨烯片层上面内孔的引入会降低导电性，因此需要平衡多孔石墨烯材料的多孔性和导电性。
　　（4） 多孔石墨烯材料具有开放的孔结构，可以使离子有效传输，但也可能导致较低的振实密度，降低器件的体积功率/能量密度。
　　文章最后展望了面内多孔石墨烯材料的制备方法将促进其它多孔二维纳米材料的发展。另外，近年来先进的原位表征技术在能量存储领域引起了广泛的关注。在纳米尺度上理解面内多孔石墨烯材料及其复合材料的电荷输运特性是非常有必要的。这类多孔石墨烯材料可通过先进的表征工具为深入了解与能源相关应用的潜在机理提供更好的研究平台。
　　论文第一作者为直博生陶友，隋竹银博士和韩宝航研究员为该论文的共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金委、中国科学院以及山东省泰山学者工程的支持。

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