2011年，受到石墨烯在金属薄膜上的CVD催化生长的启发，成会明课题组首先使用泡沫镍作为模板，采用CVD法合成了多孔三维石墨烯，制备过程如图1-10所示。选取相互交织且具有三维（3D）结构的泡沫镍作为生长石墨烯的模板，甲烷作为化学沉积的碳源，反应温度为1000℃，反应压力为常压。由于镍与碳的热膨胀系数不同，在合成过程中自然而然地生成褶皱与裂纹。与化学法制备的石墨烯片层类似，当石墨烯与聚合物混合制备复合材料时，这些褶皱能够与聚合物的长链相互咬合，因此增强复合材料之间的黏结，强化机械性能。

为了得到泡沫石墨烯，在用刻蚀剂（HCl或FeCl 3 ）处理掉泡沫镍骨架之前，先用一薄层高聚物（甲基丙烯酸甲酯，PMMA）覆盖在样品上，以防止泡沫石墨烯结构崩塌。刻蚀掉泡沫镍模板之后，再用热丙酮溶去PMMA，便得到了完整的互相交织的泡沫石墨烯（泡沫骨架会有少部分残缺）。此方法制备的泡沫石墨烯片层彼此相连，没有断裂。PMMA在制备泡沫石墨烯时至关重要，无PMMA保护制备时，只生成了少量变形且无三维结构的石墨烯。而且在丙酮蒸发的液体表面张力作用下，制备的泡沫石墨烯比模板泡沫镍还薄（约1.2mm）。随着石墨烯片层数增加，泡沫石墨烯的厚度从100μm至600μm不等，石墨烯片层变得更硬，更难收缩，使得泡沫石墨烯具有更高的孔隙率，且在复合物中的质量比更低。

该泡沫石墨烯除了具有相当高的导电性外，还表现出5mg·cm -3 的超低表观密度、约850m 2 ·g -1 的高比表面积和约99.7％的孔隙率。从SEM图中可以看出其三维结构及多孔结构从泡沫镍的结构中完美保存了下来[图1-11（b）]。TEM结果表明刻蚀Ni基底后泡沫石墨烯有褶皱存在[图1-11（c）]。HRTEM表明泡沫石墨烯的石墨层数较少，只有单层到少数几层[图1-11（d）]。而泡沫石墨烯的拉曼光谱显示出明显的G峰、2D峰以及与缺陷密切相关的D峰[图1-11（e）]。从拉曼光谱中可以看出泡沫石墨烯的结晶度比还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide, rGO）所组合而成的三维结构要高。在实验室条件下，1000℃下5min内可以合成尺寸为170mm×220mm的泡沫石墨烯。总的来说，这种以泡沫镍为模板的CVD合成法是一种大量生产三维石墨烯直接有效的方法，以这种方法合成的泡沫石墨烯具有相当高的结晶度和独特的结构。而且这种泡沫状石墨烯可以通过卷动基底的方法大规模制备，只需要更换大面积的泡沫镍就能实现，所以这种反应体系可以制备高质量大面积的泡沫石墨烯。

2011年，Cao等报道了采用乙醇作为碳源，泡沫镍作为牺牲模板制备新型三维石墨烯网络的CVD工艺，这种工艺被称为乙醇-CVD，为CVD量产制备石墨烯拓宽了思路。图1-12是在泡沫镍上制备3D石墨烯网络的乙醇-CVD制备流程。泡沫镍（密度380g·m -2 ，厚度1.6mm）被放置在石英管式炉的中心，并在Ar（200sccm）和H 2 （40sccm）的气流下1000℃退火5min，以去除泡沫镍的氧化物层。乙醇在Ar气流环境压力下通入管中，温度为1000℃。乙醇浓度可通过Ar流量调整。10min后，在Ar（200sccm）和H 2 （40sccm）的保护下以约100℃·min -1 的速率冷却至室温。石墨烯长成后，泡沫镍的颜色从亮白色变为深灰色[图1-13（a）]。与其他需要真空且有爆炸危险的碳源（如CH 4 ）的CVD相比，乙醇-CVD既安全又便宜。将泡沫镍去除后，一次CVD可获得约0.1g的石墨烯。如果要获得更大的产量，从原理上讲，可使用更大的CVD室来实现。

该课题组使用三维石墨烯网络是构建石墨烯/金属氧化物复合材料的优秀模板，可用在超级电容器领域，在扫描速率为5mV·s -1 时表现出高达816F·g -1 的高比电容，以及在2000次循环后没有任何特定电容降低的稳定循环性能。

2013年，成会明课题组设计并成功制备出了一种质量超轻、导电性超高的石墨烯/聚合物泡沫电磁波屏蔽材料。这种材料是利用一步法合成出来的，先通过CVD制备出石墨烯片，随后无缝连接至整个三维网络中。制备流程如图1-14（a）所示。石墨烯通过CVD（常压，1000℃）生长在泡沫镍的表面，所以其结构与泡沫镍一致，呈三维网状。随后将一层薄薄的PDMS包覆在石墨烯表面，用HCl腐蚀泡沫镍后得到了具有三维网状结构的石墨烯/PDMS复合材料。实验中通过改变CVD中甲烷气体的流量来调控材料中石墨烯的含量与材料的导电性。例如，当甲烷在气体中的体积百分数由0.3%增加到1.4%，生长出来的石墨烯的平均层数由3层增加到8层，导电性也由0.6S·cm -1 增加到2S·cm -1 ，比普通碳基材料（如碳纳米管）高了三个数量级。而一般的两步法，通常是先自由生长出石墨烯，随后再用PDMS渗透制备出复合物。相比于一般的两步法，一步法更加节省时间，有利于大规模的生产操作。

通过这种方法制备出来的石墨烯/PDMS复合物的密度为0.06g·cm -3 ，是普通的固态聚合物的1/20，并且这种复合物具有优异的可塑性。SEM图像证实材料具有多孔结构，且完美地保留了泡沫镍的三维网状结构。材料的孔隙率达到95%，远远高于已报道的其他泡沫复合物，也正是这种多孔结构造就了材料的超低密度。而且，该复合材料相互连结的网状结构为自由电子的传输提供了快速通道，使得导电性得到很大的提升，表现出优异的电磁屏蔽性能。

2015年，Ji等采用类似的方法，原位活化制备三维自支撑氮掺杂多孔石墨烯/泡沫石墨（Graphite Foam, GF）阳极，并观察到石墨烯薄片和GF之间的“亲密接触”。研究发现，原位活化产生的片状接触优于传统滴铸法得到的“点接触”，有利于电子转移。制备过程如图1-15所示，先在泡沫镍上涂一层薄薄的石墨，再通过氧化模板的方法用聚吡咯包裹氧化石墨烯（GO@PPY），然后将溶有氢氧化钾的乙醇溶液慢慢滴加到GO@PPY的乙醇悬浮液中。再将涂有石墨的泡沫镍放在加热台上加热至90℃，把配好的溶液滴在上面，当第一滴溶液蒸发后再滴下一滴，该过程重复几次直到GO@PPY达到理想的负载量。将所得的混合物放到水平管式炉中，在氩气气氛中加热到650℃并维持30min。样品冷却到室温后，用去离子水洗掉多余的氢氧化钾，再用0.5mol·L －1 的氯化铁除去镍模板。把最终产物在80℃的真空烘箱中干燥12h，将所得物质命名为aNGO/GF。

扫描电子显微镜（SEM）图像显示aNGO/GF保留了纯泡沫石墨烯的三维互联网络结构图1-16（a）（b），活化掺氮氧化石墨烯连续地分布在泡沫石墨烯支柱上。合成过程中，熔融的KOH与碳反应产生纳米孔并产生碳的重排，由此产生了介孔和微孔的分布通道并增加了材料的比表面积。此外，拉曼光谱中G峰和D峰的蓝移证实聚吡咯转化为氮掺杂的碳。