石墨烯的应用读书报告

石墨烯的应用读书报告
我们每个人都有使用错笔的经历，但几乎没有人意识到当我们用铅笔在纸上留下字迹的蚓时也不知不觉地制造出了很有可能在不久的将来改变人类生活的新材料。

这种目前在科学界最热门的材料就是石墨烯顾名思义，石墨烯与石墨有紧密的联系。

我们知道，石墨是一类状的材料，它是由一层又一层的二维平面碳原子网络有序堆叠而形成的。

由于层问的作用力较弱，因此石墨层间很容易互相剥离，形成薄的石墨片，这也正是铅笔能在纸上留下痕迹的原因。

这样的剥离存在一个最小的极限，那就是单层的剥离，即形成厚度只有一个碳原子的单层石墨，这就是石墨烯。

但长久以来，科学家们从理论上一直认为这种纯粹的二维晶体材料是无法稳定存在的，一些试图制备石墨烯的工作也均以失败而告终。

直到2004年，英国曼彻斯特大学的A．Oeim教授及其合作人员凭借极大的耐心与一点点运气终于如人海捞针般首次发现了石墨烯。

他们采取的手段与铅笔写字有异曲同工之妙，即通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终通过显微镜在大量的薄片中寻找到了理论厚度只有0．34纳米的石墨烯。

这一发现在科学界引起了巨大的轰动．不仅是因为它打破了二维晶体无法真实存在的理论预言，更为重要的是石墨烯的出现带来了众多出乎人们意料的新奇特性．使它成为继富勒烯和碳纳米管后又一个里程碑式的新材料。

而Geim教授也凭借这一发现获得了2008年诺贝尔物理学奖的提名。

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在新能源中的应用
在当前新能源技术发展中，作为高效储能的二次电池成为若干重大应用中的关键技术之一。

无论是大型储能电站，移动式交通动力，以及各种便携式电子产品，均需要高能量密度或高功率密度的二次电池作为技术支持。

利用石墨烯的高
导电性、大的比表面积、可弯曲性和化学稳定性等特点，将石墨烯与常用的电极材料复合得到新型电极材料，能够大大提高二次电池的电池容量和充放电效率，并且能够根据需要制成各种形状具有柔性的电池。

[2]
石墨烯在环境样品前处理中的应用
样品分析是环境污染物研究和控制的基础。

到目前为止，环境样品前处理仍然是环境样品分析中的瓶颈问题。

其中，针对复杂环境基质中的痕量污染物开发高效率和高选择性的吸附材料是样品前处理的关键。

石墨烯是一种全部由碳原子六元环构成的二维晶体，是一种新型的二维纳米材料口1。

由于其优异的物化性质，石墨烯在环境样品前处理中也具有巨大的应用潜力。

首先，石墨烯具有超大的比表面积，理论上具有超大的吸附容量；其次，石墨烯是由碳原子六元环构成的，其n电子共轭体系和疏水表面非常适合于环境中芳香类物质和非极性污染物的吸附与萃取；再次，石墨烯具有良好的化学稳定性，可应用于各种溶剂条件和各类环境样品；最后，石墨烯的制备方法多样，目前已经可以通过廉价的石墨和简单的化学方法来制备大批量的石墨烯，因此非常有利于石墨烯的广泛应用。

这些性质使石墨烯成为一种优异的固相萃取(SPE)吸附材料用于环境水样中的污染物分析。

目前，无论在理论还是实验研究方面，石墨烯均已展示出重大的科学意义和应用价值，且已在生物、电极材料、传感器等方面展现出独特的应用优势。

随着对石墨烯研究的不断深入，其内在的一些特殊性能如荧光性能、模板性能等也相继被发现。

相信这种具有特殊二维纳米的碳基材料仍然隐藏着许多更加优异的性能，有待进一步挖掘。

石墨烯场效应晶体管电子识别葡萄糖
石墨烯场效应晶体管对过氧化氢有非常灵敏的响应性，但是对葡萄糖没有响应性。

石墨烯表面经功能化葡萄糖氧化酶改性后，在氧气存在下，葡萄糖氧化酶选择性地催化溶液中葡萄糖的氧化反应，生成的过氧化氢可以导致石墨烯场效应晶体管电性能的改变，表现出其对葡萄糖分子灵敏的电子识别性能。

而且，我们将石墨烯表面经功能化葡萄糖氧化酶改性后制得的新型的葡萄糖电子传感器，其对葡萄糖有较高的电子识别灵敏度，检测下限可以达到0．1 mM，且该传感具有响应速度快、制备和操作简单、成本低等特性。

【4】
基于石墨烯的光动力学治疗研究石墨烯能强烈吸收近红外(NIR) 光, 是潜在的光敏剂。

最近, Dai课题组[5]研究了r-GO的近红外光热治疗特性。

由PEG功能化的单层r-GO平均横向尺寸约20 nm, 其近红外吸收强度是聚乙二醇化GO的6倍。

偶联精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD) 靶向肽后, 可选择性地被人胶质瘤细胞U87MG吸收, 引发显著的细胞光消融效应。

而在没有近红外辐射时, 光热剂量的r-GO表现的体外毒性则很小。

Liu课题组[5]发展了其体内的光热治疗方法。

静脉注射石墨烯后结合低功率近红外激光(2 W·cm−2) 照射小鼠的肿瘤部位, 肿瘤显著消融, 同时小鼠的生存时间也得以明显延长。

值得注意的是, 与金纳米材料和碳纳米管等其他近红外光热纳米材料比较, 这类材料体积小、光热效率高且成本低。

此外, 石墨烯也可作为其他光敏剂的载体, 用于癌症的光动力学治疗。

如甲氧基聚乙二醇 (mPEG) 修饰GO被用于负载光敏剂酞菁锌, 负载率达14%[6]。

疏水的酞菁锌可被MCF-7细胞内化, 氙灯照射下表现出明显的光动力学毒性。

总体看来, 石墨烯出色的光热性质和高效的分子负载能力, 使得其在光动力学治疗方面有着巨大的应用潜力。

[7]
此外，基于石墨烯复合物材料的研究也将为石墨烯的应用提供实验和理论的基础。

如石墨烯的表面修饰，使得石墨烯能够在不同的溶剂( 水、有机、极性和非极性等溶剂) 中形成稳定的分散体系，大大方便了石墨烯复合材料的制备和研究; 石墨烯与高分子材料之间的复合物也已在导电率、超级电容器和机械性能等方面展现出优异的性能; 负载纳米粒子的石墨烯的研究也显示出这类复合物在催化、传感和电池等方面有着巨大的应用潜能。

总的说来，目前石墨烯材料的研究范围较窄，还面临着许多问题和挑战，比如与其它高聚物的相容性、石墨烯与无机粒子的相互作用本质，复合物性能的开发等等，仍亟待进一步深入研究。

可以说，石墨烯的出现给科学家们提供了一个充满魅力和想象空间的研究对象，也许在不久的将来，石墨烯会在不同领域得到重大应用而改变我们的生活。

【8】
参考文献
【1】杜仲，王浩，卢星神奇的新型材料——2010诺贝尔物理学奖石墨烯的发展前景及应用[J] 剑南文学 2011（3）：240-240
【2】黄晓宇走近纳米——石墨烯：你我身边的神奇材料[J] 世界科学 2012（2）：43-44
[3]刘倩，史建波，江桂斌石墨烯在环境样品前处理中的应用[C] 第六届全国环境化学学术大会论文集 2011
【4】魏昂，潘柳华，龙庆，汪静霞，董晓臣，黄维石墨烯场效应晶体管电子识别葡萄糖[J] 南京邮电大学学报（自然科学版）2011(4)
[5]Robinson JT, Tabakman SM, Liang YY, et al. Ultrasmall
reduced graphene oxide with high near-infrared absorbance for photot hermal therapy [J]. J Am Chem Soc, 2011, 133: 6825−6831
[6]Dong HQ, Zhao ZL, Wen HY, et al. Poly(ethylene glycol) conjugated nano-graphene oxide for photodynamic therapy [J]. Sci China Chem, 2 010, 53: 2265−2271.
[7]姜晖, 王雪梅, 王晨苏石墨烯类材料在生物医学领域应用的研究进展[J] 药学学报 2012（3）
【8】徐超，陈胜，汪信基于石墨烯的材料化学进展[J] 应用化学 2011（1）。