有机功能化石墨烯的制备及其应用
石墨烯的制备及其在铅酸电池中的应用
石墨烯的制备及其在铅酸电池中的应用石沫;杨新新;周明明;吴亮;柯娃;李厚训;戴贵平【摘要】添加炭材料能够明显地提高铅酸电池的性能。
石墨烯是具有独特平面二维结构的炭材料，具有很多优异的性能，如良好的导电性和很高的比表面积。
本文综述了石墨烯的制备方法，并对目前石墨烯在铅酸电池中的应用情况进行了研究和总结。
%Carbon materials can significantly improve the performance of lead-acid batteries. Graphene is a kind of carbon materials with unique two-dimensional structure, which has a lot of excellent performance, such as good electrical conductivity and high speciifc surface area. This paper reviews the preparation methods of graphene, and its application in lead-acid batteries.【期刊名称】《蓄电池》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P142-145)【关键词】炭材料;石墨烯;导电性;铅酸电池【作者】石沫;杨新新;周明明;吴亮;柯娃;李厚训;戴贵平【作者单位】超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100;超威电源有限公司研究院，浙江湖州313100【正文语种】中文【中图分类】TM912.1石墨烯是碳原子紧密堆积的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，碳原子排列呈平面六边形结构，在二维平面上每个碳原子以 sp2杂化轨道相连接[1]。
氧化石墨烯的制备及电性能研究
氧化石墨烯的制备及电性能研究1. 概述氧化石墨烯是一种有机功能材料，具有优良的电性能和化学稳定性，可用于超级电容器、锂离子电池等领域。
本文将介绍氧化石墨烯的制备方法和电性能研究进展。
2. 氧化石墨烯的制备氧化石墨烯的制备方法有化学氧化法、热氧化法等。
其中化学氧化法是最常用的方法。
化学氧化法的原理是通过强氧化剂来氧化石墨烯表面的碳原子，形成氧化石墨烯。
一般选用的氧化剂有硝酸、硫酸、过氧化氢等。
以硝酸为例，其反应式为：C + 6HNO3 → C(NO2)2 + 2CO2 + 4H2O + 2NO2C(NO2)2 + 3HNO3 → 2CO2 + 4NO2 + 3H2O制备过程中需要先将石墨烯与氧化剂混合，然后在温度和时间的控制下进行反应。
反应过程中还需加入还原剂如羟胺等，以消除氧化剂的副反应。
3. 氧化石墨烯的电性能研究氧化石墨烯的电性能主要包括电导率、电容等，其性质由制备方法和结构决定。
3.1 电导率氧化石墨烯的电导率较低，但可以通过还原反应得到还原石墨烯，使其电导率增强。
还原反应一般采用高温还原法、化学还原法等。
以化学还原法为例，需要引入还原剂如氢气、氢化钠等，反应式为：nCO + nH2 → CnH2n + nH2O还原后的石墨烯电导率可达到金属的水平，可作为导电性能优良的电极材料。
3.2 电容氧化石墨烯的电容主要包括电化学电容和双层电容。
电化学电容指的是在电解液中利用氧化石墨烯表面的官能团和电离液体之间的相互作用来存储电荷的现象，该电容的特点是容量大、充放电速度快、循环寿命长。
双层电容指的是在氧化石墨烯表面形成一个双层电位差，使其具有储能的能力，该电容的特点是充放电速率快、能量密度高。
4. 应用前景氧化石墨烯具有优良的电性能和化学稳定性，可用于多种领域。
在电池领域，氧化石墨烯的导电性能可提高锂离子电池的性能；在超级电容器领域，氧化石墨烯的电容可使超级电容器具有高能量密度；在传感器领域，氧化石墨烯能够通过改变电性能来感知环境变化；在生物医学领域，氧化石墨烯可用作药物载体或医用材料。
综述石墨烯的制备与应用
半导体物理课程作业石墨烯的制备与应用（材料）目录一、石墨烯概述 (2)二、石磨烯的制备 (3)1、机械剥离法 (3)2、外延生长法 (5)3、化学气相沉积法 (6)4、氧化石墨-还原法 (6)5、电弧法 (9)6、电化学还原法 (9)7、有机合成法 (10)三、石墨烯的应用 (11)1、石墨烯在电子器件领域的应用 (11)1.1 石墨烯场效应晶体管 (11)1.2 石墨烯基计算机芯片 (12)1.3 石墨烯信息存储器件 (13)2、石墨烯在能源领域的应用 (14)2.1 石墨烯超级电容器 (14)2.2 锂离子电池 (15)2.3 太阳能电池 (16)2.4 储氢/甲烷器件 (17)3、石墨烯在材料领域的应用 (18)3.1 特氟龙材料替代物 (18)3.2 石墨烯聚合物复合材料 (18)3.3 光电功能材料 (19)4、石墨烯在生物医药领域的应用 (20)4.1 基于氧化石墨烯的纳米载药体系 (20)4.2 氧化石墨烯对DNA/基因/蛋白的选择性检测 (21)4.3用于生物成像技术 (23)4.4 石墨烯在肿瘤治疗方面的应用 (23)四、总结及展望 (24)参考文献 (25)一、石墨烯概述碳广泛存在于自然界中，是构成生命有机体的基本元素之一。
碳基材料是材料界中一类非常具有魅力的物质，从无定形的碳黑到晶体结构的天然层状石墨；从零维纳米结构富勒烯到一维碳纳米管无不给人们带来炫丽多彩的科学新思路。
而二维碳基材料石墨烯的发现，不仅极大地丰富了碳材料的家族，而且其所具有的特殊纳米结构和性能，使得石墨烯无论是在理论还是实验研究方面都已展示出了重大的科学意义和应用价值，从而为碳基材料的研究提供新的目标和方向。
碳的晶体结构—石墨和金刚石(三维)是自然界中最早为人们熟知的两种碳同素异构体，因化学成键方式不同而具有截然相反的特性。
1985年，一种被称为“巴基(零维)被首次发现，三位发现者于11年后, 即1996年获诺贝尔球”的足球形分子C60化学奖。
氧化石墨烯的新制备方法及应用
氧化石墨烯的新制备方法及应用一、概述石墨烯具有优秀的电子、热传导性能和特殊的表面化学活性，成为研究的热点。
但是，其应用受限于制备工艺和成本。
氧化石墨烯(Oxidized Graphene, OG)与石墨烯相近的结构及性质，其制备方法也成为石墨烯制备领域的研究重点之一。
本文将介绍OG的新制备方法及应用。
二、OG的制备方法1、化学氧化法氧化剂可以是硝酸/亚硝酸、过氧化氢等，反应体系为硫酸和盐酸混合物。
实验操作简单，易于扩大规模，控制氧化度较为容易。
然而，该方法制备的OG存在一定的缺陷，如纯度低、氧化度不均匀、含有官能团等。
同时，强酸环境下的配套设备需求较高且难以处理废液，对环境也带来一定的影响。
2、等离子体氧化法等离子体氧化法作为无溶剂、无废液，更简单、更环保的OG制备方法，具有制备高质量OG的潜力。
其过程是采用等离子体处理过程，将石墨粉末物质放在磁力控制的水冷等离子体中。
同时，氩气或氦气会在等离子体中产生电离和电子激发等反应，使得石墨粉末被氧化并剥离成硫酸盐和水中的氧化石墨烯。
等离子体氧化法制备的OG具有较高的氧化度和纯度，表面含有大量的羟基和羧基，这种化学与物理结构的优势，为OG的后续应用提供保障。
3、表面活性剂法表面活性剂，也称为乳化剂，是介于胶体和分子尺度的物质。
表面活性剂法需要在OG的溶液中加入类似于十二烷基硫酸钠、聚合氯化铝等表面活性剂。
表面活性剂在OG表面形成团聚，使得石墨烯层与液体中其他颗粒之间形成一定间距,并有利于表面导电性能的提高。
同时，表面活性剂法还能制备厚度、大小、形状可控的OG材料。
三、OG的应用1、导电材料由于OG具有优异的导电性能，因此OG被广泛用于纳米电子、电池等领域。
例如，OG的复合材料用于光伏材料、纳米电极、固态电解质等方面展现出重要的应用潜力。
2、催化剂随着OG的制备工艺的进步，OG也被用作环境催化剂的研究领域。
它被用于催化有机物和无机物的降解、二氧化碳的还原等过程，表现出卓越的催化效率。
石墨烯复合材料的制备、性能与应用
石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要：纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。
它是现代科学技术的重要内容，也是未来技术的主流。
是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。
石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。
由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。
综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。
关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文;一，石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料，其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
研究表明，石墨烯具有优良的电学性质，力学性能及可加工性。
石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题，如何简单，快速，绿色地制备其复合材料，而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。
通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。
通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。
采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。
研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。
通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。
制备的复合材料具有优良的导电性，同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。
本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点，渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯的制备方法及其性能研究
石墨烯的制备方法及其性能研究摘要：石墨烯是近几年发展起来的非常有潜力的一种新型碳材料，其厚度只有0. 335 nm，具有优异的物理和化学性能，引起了科学家们的广泛关注。
近来石墨烯制备方法的研究取得了很大的发展，出现了许多关于石墨烯制备的新工艺。
大量引用近几年的参考文献，综述了石墨烯的结构和性能并介绍了一些制备方法，主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化一还原法以及液相分散法等。
旨在针对石墨烯的制备工艺，分析比较了各种制备方法的优缺点，并对未来应用领域的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；结构；性能；制备方法近些年来，碳纳米材料一直是纳米科技领域中的重要研究的课题。
1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳米管，均已成为零维和一维碳纳米材料的经典代表，这些都引发了世界范围的研究热潮。
直到2004年，Geim等采用机械剥离法获得了单层石墨烯并发现其独特电子学特征，又一次引起了科学界对石墨烯的研究热潮。
随后研究人员又采用机械剥离法、氧化还原方法、化学气相沉积法、溶剂热法、外延生长法、电还原法、有机合成法、液相分散法等方法合成了石墨烯，这些方法的使用方便了人们对其结构、性能及应用进行深入的研究，并逐步解开石墨烯神秘的谜底。
英国曼切斯特大学的Geim课题组利用极其简单的胶带剥离石墨的方法第一次制备出了稳定的高品质的单层和少数几层石墨烯。
2005年，Geim和Kim两个课题组在《Nature》杂志上均报道了石墨烯独特的电子性质，从此石墨烯因其独特的力学、电学、光学、热学等性质引起了全世界范围内对这一材料的理论研究与实验探索。
石墨烯的发现不仅突破了原有的二维原子晶体不能存在的思维定式，激发了其他二维材料的研究，而且填补了碳材料家族中一直缺失的二维成员，进而形成了从零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯到三维金刚石和石墨的完整体系（图1）。
2010年首次制备出石墨烯的两位科学家Geim和Novoselov荣获诺贝尔物理学奖，表彰了他们在研究石墨烯中所做的创新性研究。
先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用
先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用随着人们对能源需求的不断增长，能源存储已成为当今科学技术研究的重要方向之一。
储能材料作为其中重要的组成部分，其性能对能源储存技术的发展起着至关重要的作用。
本文将着眼于先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用，以期为该领域的研究提供一定的参考和借鉴。
一、先进储能材料的制备1. 石墨烯石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维薄膜材料，具有良好的储能特性。
其制备方法主要有化学气相沉积法、机械剥离法、化学还原法等。
其中，化学还原法制备的石墨烯最为成熟，可大规模制备，具有较高的储能性能和导电性能，有望广泛应用于能源存储领域。
2. 金属有机框架材料（MOF）MOF是一类由有机配体和金属离子组成的晶体材料，具有高度可调性和储能特性优良的特点。
其制备方法主要有溶剂热法、气相沉积法等。
MOF对可逆氢储存、电化学储能等具有广泛的应用前景。
3. 硫化锂硫化锂是一种具有高能量密度和长循环寿命的储能材料，在锂离子电池中得到广泛应用。
其制备方法主要有机械球磨法、氢化反应法等。
其中机械球磨法制备的硫化锂具有较高的反应活性和循环稳定性，是一种较为成熟的制备方法。
二、先进储能材料在能源存储中的应用1. 锂离子电池锂离子电池是一种高效能、长存储期和低自放电的电池，其应用广泛。
将制备好的硫化锂选作正极材料，可大幅提高锂离子电池的能量密度和使用寿命。
此外，石墨烯也被应用于锂离子电池的负极材料中，可明显提高电池的充放电速度和循环性能。
2. 超级电容器超级电容器是一种高功率、长循环寿命和充电速度快的电池，其主要应用于领域需要大功率瞬间释放的场合。
MOF可作为超级电容器的电解质，在能量密度和功率密度方面均有极大提升。
石墨烯和硫化锂则被应用于超级电容器的电极材料中，可进一步增强电容器的性能。
3. 燃料电池燃料电池是一种将燃料与氧气进行反应产生电能的电化学装置，是一种清洁而高效的能源转换系统。
MOF可用作燃料电池的催化剂，以提高燃料电池的能量效率和稳定性。
石墨的制备
石墨制备：从原理到实践
石墨是一种重要的材料，在电子、化工、能源等领域有着广泛的
应用。
本文将介绍石墨的制备原理、方法和应用。
一、石墨的制备原理
石墨是由层状石墨烯通过堆叠形成的。
因此，石墨的制备需要将
石墨烯层堆叠，并将堆叠后的石墨烯层之间的键能降低，使其产生
“自组装”现象。
这种自组装现象使得石墨烯层之间的间隔得以缩小，从而形成石墨结构。
二、石墨的制备方法
1. 机械剥离法：将高纯度石墨烯小块放在表面平整的基底上，在
样品表面轻微摩擦，使用望远镜检查石墨烯层是否被转移到基底上。
2. 化学气相沉积法：通过热解有机物产生的气体形成石墨烯，然
后将石墨烯层转移到基底上。
3. 化学还原法：将氧化石墨烯在还原剂的作用下还原，形成石墨
结构。
三、石墨的应用
1. 电子领域：石墨可以用于制备高性能的导电材料。
2. 化工领域：石墨可以用于制备防腐材料和催化剂。
3. 能源领域：石墨可以用于制备储氢材料和太阳能电池。
总之，石墨的制备与应用涉及众多领域，新的石墨制备方法和应用正在不断涌现，具有广泛的发展前景。
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇
石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究共3篇石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究1石墨烯及其复合材料的制备、性质及应用研究石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构材料，具有独特的电学、光学、热学和机械性质。
自2004年它被首次发现以来，它的研究成果一直是纳米科学和材料科学最活跃的领域之一。
石墨烯具有很高的载流子迁移率、良好的机械强度和高比表面积，因此在传感器、电子器件、能量存储装置、超级电容器、太阳能电池、催化剂和生物医学传感器等领域具有广泛的应用。
本文旨在介绍石墨烯及其复合材料的制备方法、性质及其应用研究进展。
石墨烯的制备有许多方法，包括机械剥离、化学气相沉积、物理气相沉积、化学还原、流体力学剥离和微波辐射法等。
其中，机械剥离法是第一个制备单层石墨烯的方法，虽然成本低、易于实现，但需要大量时间和劳动力，并存在控制问题。
化学还原法则采用氧化石墨的还原，得到具有一定缺陷的石墨烯，且杂质易残留影响性质。
化学气相沉积法制备石墨烯具有高晶格载流子迁移率、具有极高的缺陷密度的石墨烯，但过程复杂，成本高。
物理气相沉积法适合生产无缺陷石墨烯，但难以控制多层石墨烯形成、且温度高，影响成品质量。
流体力学剥离法利用石墨烯的自身表面张力减小形成薄膜，但制备过程仍需要控制单层厚度。
微波辐射法是最新的石墨烯制备方法，采用微波对石墨进行瞬间加热、膨胀、冷却制备大面积石墨烯，具有制备速度快、质量好、颗粒易于控制等优点。
石墨烯的独特性质使其在许多应用中具有广阔的前景。
首先，在电子领域，石墨烯可以用来制造微电子器件、包括场效应晶体管、半导体和光电器件等。
FET型石墨烯晶体管基于石墨烯中载流子迁移率的高值，值得在短时间获得了重大的研究进展；二维电子系统(2DEG)可以用于制造高速逻辑电路和高灵敏感受器。
其次，在传感器领域，石墨烯表现出高度灵敏性，可以用于制造各种传感器，如光学传感器、生物传感器等。
此外，石墨烯还可以用于制造锂离子电池、超级电容器、声波马达等能量存储装置中。
石墨烯的制备方法及应用
石墨烯的制备方法及应用无机光电0901 3090707020 黄飞飞摘要：石墨烯具有非凡的物理性质，如高比表面积、高导电性、高机械强度、易于修饰及大规模生产等。
2004年石墨烯的成功剥离，使石墨烯成为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，其产品研发和应用目前正在全球范围内急剧增加，本文通过对石墨烯特性、制备方法、在光电器件方面的应用几方面进行了综述，希望对石墨烯的综合应用进展有所了解。
关键词：石墨烯制备方法应用1 引言人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。
当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
石墨烯（Graphene）的理论研究已有 60 多年的历史。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至 2004 年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因在二维石墨烯材料的开创性实验而共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，从2006年开始，研究论文急剧增加，作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加，美国、韩国，中国等国家的研究尤其活跃。
石墨烯或将成为可实现高速晶体管、高灵敏度传感器、激光器、触摸面板、蓄电池及高效太阳能电池等多种新一代器件的核心材料。
2 石墨烯的基本特性至今为止，已发现石墨烯具有非凡的物理及电学性质，如高比表面积、高导电性、机械强度高、易于修饰及大规模生产等。
石墨烯是零带隙半导体，有着独特的载流子特性，为相对论力学现象的研究提供了一条重要途径；电子在石墨烯中传输的阻力很小，在亚微米距离移动时没有散射，具有很好的电子传输性质；石墨烯韧性好，有实验表明，它们每 100nm 距离上承受的最大压力可达 2.9 N，是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一。
功能化石墨烯的制备及应用研究进展
功能化石墨烯的制备及应用研究进展杨程;陈宇滨;田俊鹏;郝思嘉【摘要】石墨烯以其优异的物理化学性能,近年来受到了学术和产业界的广泛关注.将石墨烯进行功能化,可改善石墨烯的分散性,并且能根据需求对石墨烯的物理化学性能进行针对性地优化,因而赋予石墨烯更广泛的用途,因此,功能化石墨烯成为石墨烯研究领域的热点之一.综述功能化石墨烯的最新进展,从共价结合和非共价结合两个方面阐述了其制备的方法,叙述近年来功能化石墨烯在复合材料、储能材料、光电材料、催化材料、环境净化、生物及传感材料等领域的应用研究进展.总结出功能化石墨烯的特点,即大多数活性基团搭载到石墨烯的表面上都能活跃地展现其应用性能.功能化石墨烯未来的研究方向主要是判定和控制石墨烯表面引入功能化物质的量的“定量”问题和精确在石墨烯表面选择功能化的位点并进行精细化学结构设计的“定位”问题..【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】17页(P40-56)【关键词】石墨烯;功能化石墨烯;共价修饰;非共价修饰;应用研究【作者】杨程;陈宇滨;田俊鹏;郝思嘉【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB34石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化互相形成平面共价键而组成的蜂窝状单层碳结构，也是众多纳米碳结构例如富勒烯、碳纳米管的基本结构单元[1]。
自2004年被Geim等成功制备以来，石墨烯以极高的机械强度、载流子迁移率和电导率、热导率、透光率、化学稳定性等特性[2-4]，成为近年来的明星材料，受到学术和产业界的广泛关注[5-7]。
然而，与这些无与伦比的性能相对，在生产和生活中实际应用的石墨烯材料所需要的性能则是多种多样的。
例如，石墨烯是一种理论比表面积可达2630 m2/g的材料，在表面化学、吸附等领域具有极大的应用潜力。
石墨烯的功能化及其相关应用
石墨烯的功能化及其相关应用一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的电子、热学和机械性能，引起了全球科研人员的广泛关注。
由于其具有超高的电子迁移率、超强的导热性和极高的力学强度，石墨烯被誉为“黑金”，并有望引领新一轮的工业革命。
本文旨在深入探讨石墨烯的功能化方法，以及这些功能化后的石墨烯在各个领域的应用前景。
我们将从石墨烯的基本性质出发，详细阐述其功能化的基本原理和技术手段，包括化学修饰、物理掺杂等。
随后，我们将对石墨烯在能源、电子、生物医学、复合材料等领域的应用进行详细介绍，并分析其潜在的市场价值和挑战。
我们将对石墨烯功能化及其应用的未来发展趋势进行展望，以期能为相关领域的科研工作者和从业人员提供有益的参考和启示。
二、石墨烯功能化的方法石墨烯作为一种二维碳纳米材料，拥有出色的电学、热学和力学性能，这使得它在多个领域具有广泛的应用前景。
然而，原始石墨烯的化学稳定性较高，与大多数溶剂和分子的相容性较差，这限制了其在实际应用中的使用。
因此，对石墨烯进行功能化修饰，以提高其与其他材料的相容性和稳定性，成为了石墨烯研究领域的重要方向。
目前，石墨烯的功能化方法主要包括共价键功能化和非共价键功能化两大类。
共价键功能化是通过化学反应将官能团或分子共价连接到石墨烯的碳原子上。
这种方法可以精确控制石墨烯的化学性质，实现对其电子结构和性质的调控。
常见的共价键功能化方法包括重氮反应、环加成反应和自由基加成反应等。
通过这些方法，可以在石墨烯上引入羟基、羧基、氨基等官能团，从而改善其在溶剂中的分散性和与其他材料的相容性。
非共价键功能化则是通过物理相互作用，如π-π堆积、静电作用、氢键等，将分子或聚合物吸附到石墨烯表面。
这种方法不需要破坏石墨烯的碳碳共价键，因此可以在保持石墨烯原有性质的基础上，实现对其功能的拓展。
常见的非共价键功能化方法包括π-π堆积作用、表面活性剂包裹和聚合物吸附等。
石墨烯的制备及其电化学性能
石墨烯的制备及其电化学性能一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列构成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，便因其独特的结构和优异的性能引发了全球范围内的研究热潮。
石墨烯以其高导电性、高热导率、高强度以及良好的化学稳定性等特性，在材料科学、电子学、能源科学等多个领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在电化学领域，石墨烯因其高比表面积、优良的电子传输性能和化学稳定性，被广泛应用于电极材料、储能器件以及电化学传感器等方面。
本文旨在全面介绍石墨烯的制备方法及其电化学性能。
我们将概述石墨烯的基本结构和性质，以及其在电化学领域的应用背景。
随后，我们将详细介绍石墨烯的几种主要制备方法，包括机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等，并分析各方法的优缺点及适用范围。
接着，我们将重点探讨石墨烯在电化学领域的应用，包括其在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等储能器件中的性能表现，以及其在电化学传感器中的应用。
我们将对石墨烯的电化学性能进行综合分析，展望其在未来电化学领域的发展趋势和应用前景。
二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样，根据其制备原理，主要可以分为物理法和化学法两大类。
物理法：物理法主要包括机械剥离法、取向附生法和碳纳米管切割法等。
机械剥离法是最早用来制备石墨烯的方法，其原理是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料。
取向附生法则是在一定条件下，使碳原子在金属单晶（如Ru）表面生长出单层碳原子，然后利用金属与石墨烯之间的弱相互作用，将石墨烯与金属基底分离。
碳纳米管切割法则是通过切割碳纳米管得到石墨烯纳米带。
化学法：化学法主要包括氧化还原法、SiC外延生长法、化学气相沉积法（CVD）等。
氧化还原法是通过将天然石墨与氧化剂反应，得到氧化石墨，再将其进行热还原或化学还原，从而制备出石墨烯。
SiC外延生长法是在高温条件下，使SiC中的Si原子升华，剩余的C 原子在基底表面重新排列，形成石墨烯。
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究摘要：石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料，具有完美的晶体结构和出色的物理和化学性能。
石墨烯独特的电、热、光学和机械性能，在电子、导热材料、气体传感器、光敏元件和环境科学中具有广泛的潜在应用。
由于其潜在的实际应用价值。
本文概述了石墨烯制备的方法，介绍了石墨烯电极材料、环境吸附材料领域的应用。
并进一步对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景做出了分析。
关键词：石墨烯；纳米复合材料；制备石墨烯是纳米复合材料研究中相对重要的材料。
纳米石墨烯复合材料具有更高的制备要求。
目的是生产可用于生物、机械和其他生产领域的高质量、高性能材料，发挥纳米石墨烯复合材料的适用性。
目前，就石墨烯复合材料的制备而言，纳米复合材料的制备是主要的发展趋势。
在当今的各个领域，纳米石墨烯复合材料具有非常明显的优势，并具有良好的发展前景。
因此，纳米石墨烯复合材料的制备和应用也受到越来越多的关注。
一、石墨烯复合材料的制备（一）熔融共混法制备通过熔融共混法制备纳米石墨烯复合材料，实际上是借助高温和高剪切力，将石墨烯或氧化石墨烯分散在聚合物基质中。
由于在使用该方法的纳米石墨烯复合材料的制造过程中不需要溶剂，因此非常适用于极性和非极性聚合物。
研究表明，在以单层或多层形式均匀分布的PET（石墨烯）基质中，基质中可能会出现卷曲和皱褶。
以栅格的形式，大大提高了复合材料的导电性。
当PET基体的石墨烯含量达到3vol%时，复合材料的最大电导率可以达到2.11S/m，这与目前电磁屏蔽领域对石墨烯复合材料的需求一致。
通过这种制造方法，一些专家和学者已经制成了高导电复合材料，例如分离的石墨烯-多壁纳米管/超高分子量聚乙烯，它们的导电率非常高，并且其导电渗透率低，仅为0.039vot%[1]。
（二）溶液混合法制备通过溶液混合法制备纳米石墨烯复合材料,实际上是指在溶剂的作用下,将聚合物分子插入GO片材后，通过还原制备纳米石墨烯复合材料。
石墨烯产品及应用实验报告
石墨烯产品及应用实验报告引言石墨烯是由碳原子构成的一种单层二维材料，具有出色的导电、导热和机械性能，同时还具备高透明性和柔韧性。
石墨烯的独特性质使其在诸多领域具有广泛的应用前景，如电子器件、传感器、储能材料等。
本实验旨在通过制备石墨烯产品并探索其应用，对石墨烯的性质和应用进行研究。
材料与方法实验材料1. 石墨粉2. 氧化石墨（GO）粉末3. 氧化剂4. 还原剂5. 氨水6. 醋酸7. 正十二烷基苯磺酸钠（SDBS）实验仪器1. 恒温水浴槽2. 磁力搅拌器3. 离心机4. 紫外-可见分光光度计5. 扫描电子显微镜（SEM）实验步骤1. 制备氧化石墨（GO）悬浮液：将石墨粉加入含有氧化剂的硫酸溶液中，反应后得到浑浊的氧化石墨悬浮液。
2. 还原氧化石墨：将步骤1得到的氧化石墨悬浮液加入还原剂和氨水的混合溶液中，在恒温水浴槽中加热搅拌一定时间，得到还原后的石墨烯悬浮液。
3. 分离清洗：使用离心机将还原后的石墨烯悬浮液离心，去除上清液并用醋酸洗涤，重复此步骤多次。
4. 添加分散剂：将清洗后的石墨烯悬浮液与SDBS溶液混合后，使用超声波处理，得到分散均匀的石墨烯悬浮液。
5. 测定光学性质：将石墨烯悬浮液置于紫外-可见分光光度计中，测定其吸光度和透射率。
6. 表征形貌：使用SEM观察石墨烯样品的形貌和结构。
结果与讨论光学性质测量通过紫外-可见分光光度计测量得到的石墨烯的吸光度和透射率如下：波长（nm）吸光度透射率400 0.43 0.78500 0.27 0.91600 0.15 0.95700 0.08 0.97从上表可以看出，石墨烯在可见光范围内具有很低的吸光度，表明其在透明材料方面具有潜力。
透射率方面，随着波长的增加，石墨烯的透射率逐渐增大，说明其对可见光的透过能力较好。
形貌表征通过SEM观察石墨烯样品的形貌，发现其呈现出典型的二维结构，具有平整的单层结构。
石墨烯的表面光滑且无明显瑕疵，颗粒间的连接较紧密。
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有机功能化石墨烯的制备及其应用张丽园1，2，姚远2（1.蚌埠学院应用化学与环境工程系，安徽蚌埠233000； 2.合肥工业大学化工学院，合肥230009）摘要：石墨烯是一种新型的二维平面纳米材料，其所具有的单原子层结构使它拥有许多新奇的特性，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点。
然而由于石墨烯易于团聚堆积成石墨，不能均匀的分散在基体中，这很大程度上限制了它的应用。
为了将石墨烯与其它物质有效复合，充分发挥其在电子学、生物医学、催化、传感器、储能等领域的优良特性，对其进行功能化改性是有效的方法之一。
着重介绍了石墨烯有机功能化制备方法及其应用的最新研究进展，并对石墨烯的功能化发展方向进行了展望。
关键词：石墨烯；氧化石墨；有机功能化；表面改性中图分类号：O6－1文献标志码：A 文章编号：1671－380X （2012）08－0016－05Preparation and Application of Organo －Functionalized GrapheneZHANG Li －yuan 1，2，YAO Yuan 2（1.Department of Chemistry and Environmental Engineering ，Bengbu College ，Bengbu 233000，China ；2.School of Chemical Engineering Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ）Abstract ：Graphene is a novel two －dimensional nanomaterial with a flat monolayer of carbon atoms structure ，which has contributed to its unique features.Since it had been discovered in 2004，the graphene has attracted a great deal of attention worldwide in the sciences ，and became the focus of the researches all over the world.How-ever ，the structure of the graphene has lots of limitations in the applications in compounding with other materials ，and restricted its wide usage.To materialize the prospect applications as much as possible in the field of electron-ics ，biomedicine ，catalysis ，sensors ，energy storage etc.The key is to ograno －functionalized graphene in a con-trolled way.This paper emphasized on some common preparations and the applications of organo －functionalized graphene.Besides ，the developing trend of organo －functionalizing of graphene was forecasted.Key words ：Graphene ；Graphene Oxide ；Organic Functionalize ；Surface Modification 1引言石墨烯是一种新型的具有单原子层结构的二维平面纳米材料，从2004年被发现以来，引起了科学界的高度重视，目前已成为了材料学、物理学、化学等学科领域的研究热点［1］。
其独特的二维蜂窝状晶格结构，使其拥有许多新奇的特性，如：较高的杨氏模量（ 1100GPa ）、载流子迁移率（2ˑ105cm 2/（V ·s ））、热导率（ 5000J /（m ·K ·s ））和比表面积（理论值2630m 2/g ），还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和激子带隙等现象［2］，这些特性使得石墨烯在纳米电子学、纳米复合物、氢气超级电容器等领域有着广泛潜在的应用［3］；其特有的单原子层结构和较大的表面积的特性还可使其在生物医学方面得到应用［4］。
然而理想石墨烯易团聚堆积成石墨形态，并不利于与其它物质进行复合，使其的应用受到了大幅限制。
为了解决这个问题，石墨烯的有机功能化改性是非常有效的方法，极大地拓展了石墨烯的应用领域。
基于材料化学的角度，对石墨烯的表面有机改性及其应用等方面进行简要的综述。
·61·第34卷第8期2012年8月宜春学院学报Journal of Yichun College Vol.34，No.8Aug.2012*收稿日期：2012－05－31基金项目：安徽省高等学校自然科学基金（KJ2009B212Z ）。
作者简介：张丽园（1980－），男，安徽凤阳人，博士生，主要从事绿色化学和材料学研究。
图1石墨烯（a）、富勒烯（b）、碳纳米管（c）和石墨（d）原理示意图2有机功能化石墨烯的制备方法对石墨烯进行有机功能化是目前石墨烯研究中主要方向之一。
尽管由稳定的六元环构成的石墨烯呈现出化学惰性，但通过化学氧化法制得石墨烯氧化物具有较高的反应活性［5］。
氧化后的石墨烯表面和边缘引入了许多亲水基团，使得氧化石墨具有很强的亲水性，可利于表面改性的进行。
为了能够拓展石墨烯的应用范围，提高其在有机溶剂和聚合物等基体中的分散性，需要对其进行适当的表面有机改性。
目前已见的关于有机功能化改性石墨烯的报道，主要有使用异氰酸酯、烷基胺、硅烷偶联剂、重氮盐等对其进行功能化改性。
2.1异氰酸酯改性法Stankovich等［6］将Hummers法制得的氧化石墨烯悬浮液与异氰酸酯在氮气环境下反应24h，使异氰酸根与氧化石墨烯片层结构边缘的羟基和羧基发生反应，分别形成了酰胺和氨基甲酸酯，使得改性后的氧化石墨烯能够在有机溶剂N，N－二甲基甲酰胺（DMF）中稳定分散（如图2）。
氧化石墨的功能化程度可以通过控制异氰酸盐的活性和反应时间来控制。
因此，Stankovich的改性方法可根据需要在氧化石墨烯纳米片的表面引入不同的功能基团。
图2异氰酸酯改性氧化石墨烯2.2硅烷化改性Matsuo等［7］［8］根据Brodie法制得氧化石墨，在丁胺和甲苯存在下，再将所得的氧化石墨与各种烷基氯硅烷反应，进行硅烷化改性（图3）。
硅烷化试剂主要与氧化石墨上的羟基进行反应，生成Si －O键。
此外，他们还通过两步法对氧化石墨进行烷化改性，制备了多微孔的柱状碳材料［9］。
图3C8SiCl3改性的氧化石墨烯Yang等［10］将含有羟基、环氧基、羧基和羰基官能团的氧化石墨纳米片与3－氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）反应。
在DCC做催化剂下，使APTS中所含的氨基与GO平面上的环氧基反应，将APTS接枝到GO平面上，得到硅烷化改性石墨烯（图4）。
所得的功能化石墨烯（f－CCG）纳米片可均匀得分散在水、乙醇、DMF、DMSO、APTS等溶剂中，是一种具有多分散性、功能化、化学修饰的新型材料。
图4氧化石墨烯的硅烷化改性2.3磺化改性由于氧化石墨一旦被水合肼还原后，就会丧失其再水中良好的分散性，最终聚集沉淀。
为了克服这个问题，Si等［11］将首先用硼氢化钠对氧化石墨进行预还原，除去氧化石墨烯表面的大部分的含氧基团，然后将预还原的氧化石墨烯与含磺酸基团的芳基重氮盐在冰水浴下反应2h，对氧化石墨烯片上进行磺化改性，即在氧化石墨烯上引入了－SO3H基团，最后，用水合肼对所得改性的氧化石墨烯进一步还原，除去剩余的含氧官能团，得到磺化改性的石墨烯。
使得被水合肼还原后的石墨烯仍具有良好的水溶性，没有出现团聚和沉淀现象。
·71·第8期张丽园，姚远：有机功能化石墨烯的制备及其应用第34卷Lomeda等［12］根据Staudenmaier法制得氧化石墨，然后将其分散在浓度为1wt%的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的水溶液中，再超声处理得到SDBS包裹的氧化石墨烯（SDBS－wrapped GO），用NaOH调节pH到10后，再水合肼还原后得到中间产物S－CCG，与含不同官能团的芳基重氮盐，重氮化后得到表面活性剂包裹有机改性的石墨烯（图5）。
图5芳基重氮盐对GO的磺化改性2.4胺化改性Yang等［13］采用多步法将聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯（PDMAEMA）负载到氧化石墨片上。
他们首先用N－羟基琥珀酰亚胺和EDC·HCl作为催化剂条件下，将氧化石墨片用1，3－二氨基丙烷处理改性，使氧化石墨烯片边缘的羧基与氨基发生脱缩反应生成酰胺键，得1，3－二氨基丙烷改性的氧化石墨烯。
再通过2－溴－异丁酰溴分别与羟基和氨基反应，对GO近一步改性，将原子转移自由基聚合引发剂接枝到氧化石墨烯片上，最后通过原位原子转移自由基聚合法，将聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯（PDMAEMA）链接在GO表面上。
Niyogi［14］等用浓硫酸和浓硝酸作为氧化剂制得氧化石墨，然后将氧化石墨与过量的SOCl2在70ħ下反应24h，去除多余的SOCl2后，再与十八胺（ODA）混合后，在120ħ下反应4天，所得产物十八胺化改性的石墨（G－CONH（CH2）17CH3）可以均匀的溶在THF、CCl4，1，2－二氯乙烷等有机溶剂中。
图6多步合成法得到的氧化石墨烯负载的聚合物复合材料2.5双亲改性Shen［15］等将氧化石墨超声剥离得到氧化石墨烯后，用NaBH4将氧化石墨烯还原成石墨烯，然后在BPO作用下与苯乙烯和丙烯酰胺作用，通过原位活性自由基聚合，得到了具有两亲性的石墨烯（图7）。
图7原位活性自由基聚合法制备石墨烯/PS－PAM·81·第8期宜春学院学报第34卷上述的Stankovich ［6］和Matsuo ［7］［8］所对石墨烯进行的异氰酸酯改性和硅烷化改性，虽然增强了其在非质子极性溶剂中的分散性，但是所得到的改性石墨烯在水中却无法进行剥离。
Xu ［16］等对Stank-ovich 的方法进一步改进：首先用过量的甲苯二异氰酸酯偶联剂（TDI ）与氧化石墨上的环氧基和羧基进行反应，制得中间产物GO －TDI ，随后用癸二酸和聚乙二醇缩聚得到的具有两亲性的低聚酯与甲苯二异氰酸酯上的剩余的另一个氰酸根反应，最终得到双亲性的石墨烯（GO －TDI －AO ）（图8），改性后的石墨烯可以在有机溶剂和水中都可以均匀分散。