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 基于石墨烯納米片或者碳納米管的三維多孔碳材料，因其豐富的孔結構、高比表面積、高導電性等特點，在儲能、催化、傳感、晶體管等領域具有廣闊的應用前景。重慶大學李新祿教授課題組采用Na/K合金將碳納米管縱向切割成石墨烯納米帶（GNRs），并以石墨烯納米帶作為骨架，采用簡單的回流方法通過Fe3O4 納米膠粒的鉸鏈作用將石墨烯納米帶交聯成三維海綿體結構（如圖1所示），即3DFe3O4@GNRs，成功解決了三維多孔石墨烯材料合成復雜、結構容易坍塌、金屬氧化物易脫落等難題。納米Fe3O4不僅可以擔當網絡結構的鉸鏈固定作用，同時納米Fe3O4還可以作為儲鋰活性物質和電催化劑，該復合材料可廣泛用作鋰離子電池負極、電催化劑以及磁性記憶材料，其合成工藝簡單易行，易于規模化生產。

圖1.（a）3D Fe3O4@GNRs的合成路線以及（b-c）SEM，（d）TEM圖。

3D Fe3O4@GNRs在用作鋰離子電池負極時，表現出超高的容量、優異的循環穩定性和倍率性能。在0.1 A/g 的電流密度下，首次放電用量達到1890 mAh g−1 ，在100次的循環后依舊可以達到1700 mAh/g的容量，這是迄今為止納米鐵氧化物復合負極材料所能達到的最高儲鋰容量；在1 A/g 的的電流密度下，經過200次循環也能達到800 mAh/g的容量（如圖2所示）。

3D Fe3O4@GNRs的優點在于：首先，量子點尺寸的Fe3O4納米顆粒在GNRs的表面均勻分散，從而提高了Fe3O4的導電性和電化學反應活性。其次，3D Fe3O4@GNRs多孔互聯網絡的結構為鋰離子供了良好的傳質途徑，提高了鋰離子從電解液中的遷移速率，從而保證了高功率鋰離子電池的高倍率性能。最后，多孔三維石墨烯納米帶海綿體的結構有利于電解液的滲透和鋰離子的穿插，有益于保持電極活性物質的高反應活性。此外，石墨烯納米帶具有開放的邊緣和有序的分層結構可以為整體的容量貢獻可逆的容量。該項工作為金屬氧化物@石墨烯納米帶海綿復合材料的合成和應用提供了新的思路和做法。

圖2. 3D Fe3O4@GNRs和空白樣Fe3O4電極的電池測試數據（a）0.1 A/g 電流下的循環測試，（b）3D Fe3O4@GNRs 電極的前3圈充放電曲線圖，（c）3D Fe3O4@GNRs和空白樣Fe3O4電極的倍率測試圖，（d）3D Fe3O4@GNRs 電極在1 A/g的循環測試圖。