明胶功能化石墨烯制备及吸附去除水中罗丹明B的动力学研究

有机功能化石墨烯的制备及其应用

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 Graphene ZHANG 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（2?105cm 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。

完--氧化石墨烯改性PVC的性能研究总结

氧化石墨烯改性PVC的性能研究 摘要通过共混方法制备了分散均匀的聚氯乙烯（PVC）/氧化石墨烯（GO）复合材料，研究了材料的力学性能、热稳定性能、导电性能。结果表明，微量GO能较大幅度提高PVC的拉伸强度，且保持较高的断裂伸长率；添加GO还能提高PVC的起始分解温度、最大分解温度以及PVC的成碳量。 关键词：聚氯乙烯；氧化石墨烯；改性 石墨烯(Graphene，又称单层石墨或二维石墨，图1所示)是单原子厚度的呈二维蜂窝状排列的碳原子晶体，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨（图2所示）的基本结构单元[1]。在石墨烯中，碳原子以sp2杂化轨道与其它原子通过强σ键相连接，这些高强度的σ键使石墨烯具有优异的结构钢性，平行片层方向具有很高的强度。碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键π电子，这些π电子在同一平面层碳原子的上下形成大π键，进而形成垂直于石墨烯片层的互相平行的π轨道，这种离域π电子在碳网平面内可以自由流动，类似自由电子，因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性，它的抗磁性也十分明显。因其特殊结构石墨烯具有高的比表面积[2] ，良好的力学和电学性能。石墨烯中载流子具有弹道输运特性，室温下载流子的平均自由程和相干长度达到微米量级，迁移率(200000 cm2／Vs)大约是硅的100倍，有利于制造更小的快速转换信号的晶体管[3-5]，因其一系列优异的性质，引起科技工作者的极大兴趣。 图1 石墨烯基本结构示意图图2 单层石墨烯及其派生物 石墨烯丰富和奇特的物理化学性质，这使人们联想到石墨烯衍生物是否也具备如此的优异性能。因此，多种具有不同性能的石墨烯衍生物也逐步被发现，其中包括氧化石墨烯(grapheme oxide) [6],,反磁性半氢化石墨烯（graphone）[7],和半导体氢化石墨烯（graphane）[8]等等。在这些物质中氧化石墨烯以其低廉的制备成本，高度的可加工性能，在多个领域的应用都有所涉及。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，成为制备石墨烯和基于石墨烯复合材料的理想前驱体。氧

石墨烯的制作工艺方法是什么

石墨烯的制作工艺方法是什么 石墨烯的制作工艺方法是什么？提到石墨烯，大部分人可能都不陌生，因为这是近两年在网络和报刊杂志上经常出现的词汇——一种功能十分强大的新型材料。不过它的制备却一直成为了阻碍的发展的重要因素。今天我们就一起来看看石墨烯的制作方法是什么。 化学气相沉积法 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。 麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这种薄膜在透光率为80%时电导率即可达到1.1×106S/m，成为透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，

但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。 先进纳米材料制造商和技术服务商——江苏先丰纳米材料科技有限公司，2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。科研客户超过一万家，工业客户超过两百家。 南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内，现专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向，立志做先进材料及技术提供商。 2016年公司一期投资5000万在南京江北新区浦口开发区成立“江苏先丰纳米材料科技有限公司”，建筑面积近4000平方，形成了运营、研发、中试、生产全流程先进纳米材料制造和技术服务中心。现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线，2017年年产高品质石墨烯粉末50吨，石墨烯浆料1000吨。 欢迎广大客户和各界朋友莅临我司指导！欢迎电话咨询或者登陆我们的官网进行查看~

石墨烯基本特性

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。

石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽

多孔石墨烯技术调研及研发方案

多孔石墨烯制备技术调研

1.光蚀刻法 利用高能的电子束、离子束或光子束轰击石墨烯片层，把碳原子从晶格中轰击出来，形成孔洞缺陷的方法。 缺点：操作成本高，高能粒子会破坏周围碳原子的排列，影响其对导电离子的运输能力。 有研究将石墨粉在异丙醇里超声处理48h，然后离心去上层清液在微珊上自然晾干，通过扫描电子显微镜对石墨烯进行蚀刻，可在石墨烯表面形成直径小于10nm的孔。

其中：1.常规石墨烯造孔条件苛刻（高温、高压、催化剂）且常涉及强氧化剂（HNO 3和KMnO 4），后续处理仍高温退火或还原剂（N 2H 4、H 2、NH 3、NaBH 4 等），制备效率低下，且对环境造成严重污染。 2.制备一种硼氮共掺杂多孔石墨烯的制备方法，水蒸气的弱氧化性对孔 边缘进行功能化修饰，从而制备多孔石墨烯，可实现精准的孔调控和规 模化制备。丰富的纳米孔结构能够提供大量活性位点，促进B、N双原子 掺杂的同时提高电解液离子（H +/SO 42-）和溶解小分子（N 2/NH 3）的传递， 从而制备出高效的硼氮掺杂多孔石墨烯催化剂用于N 2 还原催化。 3.国家纳米科学中心的韩宝航研究员课题组将石墨烯氧化物和金属氧酸 盐或多金属氧酸盐在高温条件下产生石墨烯与金属氧化物纳米颗粒，两 者之间发生类似于焦炭高炉炼铁过程中的碳热还原反应，金属氧化物被 石墨烯上的碳还原成金属或形成金属碳化物，而参与碳热还原反应的碳 原子以二氧化碳或一氧化碳形式离开石墨烯片层，从而在石墨烯片层上 刻蚀出纳米级的孔隙，即形成多孔石墨烯 2.碳热还原法 将氧化石墨烯中的碳作为还原剂，还原金属氧化物的 到金属单质，而碳原子被蚀刻。

石墨烯改性

综合实践论文 题目：石墨烯改性研究进展 班级：高分子112 姓名：陈阳建 指导老师：祖立武 日期：2014年6月20日

石墨烯改性研究进展 陈阳建 齐齐哈尔大学材料学院，黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展，分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中，石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化；石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点，并在原有改性方法的基础上，展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯；改性；综述；共价键功能化；非共价键功能化；掺杂；离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment

氧化石墨烯的制备

大学生创新训练项目 研究报告 项目名称：氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯的制备及其吸附性的研究 项目类型：一般项目 项目年度：2014年 项目负责人：李柯学号：32012080015 负责人院（系）：安全与环境工程学院环境工程系 专业（方向）：环境工程 项目组成员：杨梦凡、杨舒、卢光远 指导教师：任冬梅 教务处制 二〇一五年 摘要

石墨烯是由单层碳原子排列组合而成，呈六边形网状结构，因其特殊的二维结构表现出许多优异的性质。而氧化石墨烯由于在表面及边缘上大量含氧基团的引入，易于修饰与功能化，且保持着化学稳定性。本文采用改良hummers法制备氧化石墨烯。本文采用改良hummers 法制备氧化石墨烯。改进后制备较高氧化程度的氧化石墨的原料：天然鳞片石墨1g，浓硫酸23ml，高锰酸钾3g，硝酸钠0.5g，30%双氧水10ml，35%的盐酸，蒸馏水若干（实验中采用了多组不同的原料用量配比，过程记录以此组数据为例）。并得到如下结论：制取氧化石墨烯时，一定范围内，天然鳞片石墨用量减少可以提高氧化程度；硝酸钠用量的变化对石墨烯氧化程度影响不大；适度增加高锰酸钾和双氧水的用量同样可以提高氧化程度。实验过程中，高锰酸钾对石墨烯的氧化起着至关重要的作用，加入高锰酸钾时长时间缓慢增加对石墨烯氧化程度的效果比一次性直接加入要好。改进后的方法有利于提高实验室合成氧化石墨烯的效率，一定程度上降低了实验操作的难度。制取磁性氧化石墨烯的过程中，是在强碱性（PH>12）的环境下，让氧化石墨烯与FeCl3和FeCl2水浴恒温，使生成的纳米Fe3O4直接镶嵌复合到氧化石墨烯上。最后在不同浓度的PH条件下测得氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯对甲基橙和重金属离子的吸收。 关键词：氧化石墨烯、磁性氧化石墨烯、吸附性

“石墨烯电池”技术

传说中的“石墨烯电池”技术，难道是一场弥天大谎？ 近几年来，石墨烯这种获过诺奖的材料一直广受社会关注，在相关媒体上也充满了各种“石墨烯电池”等方面的新闻。 广大群众此时可能会好奇：石墨烯这种材料到底有多少用处，能不能依靠它来解决目前材料、电池等方面遇到的一系列技术瓶颈，帮助电动汽车、储能等行业实现飞跃？ 首先上一下结论：“石墨烯电池”这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容（能）量的提升基本没有任何帮助（期望“石墨烯电池”可以解决手机/电动汽车续航的人要失望了），其噱头意义远大于实用价值。 而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。

在本文中，笔者将结合石墨烯的具体特性，来重点分析石墨烯相关技术，即所谓的“石墨烯电池”在锂电池/储能行业中的发展情况和应用前景。 定义问题：“石墨烯电池”是否存在？ 此处，首先援引知乎用户@土豆泥同学的一篇关于石墨烯的文章，其中对于“石墨烯”电池的定义介绍如下： “事实上，国际锂电学术界和产业界并没有“石墨烯电池”这个提法。维基百科里也没有发现“graphene battery”或者“graphene Li-ion battery”这两个词条的解释。根据美国Graphene-info这个比较权威的石墨烯网站的介绍，“石墨烯电池”的定义是在电极材料中添加了石墨烯材料的电池。这个解释显然是误导。 根据经典的电化学命名法，一般智能手机使用的锂离子电池应该命名为“钴酸锂-石墨电池”。之所以称为“锂离子电池”，是因为SONY在1991年将锂离子电池投放市场的时候，考虑到经典命名法太过复杂一般人记不住，并且充放电过程是通过锂离子的迁移来实现的，体系中并不含金属锂，因此就称为“Lithium ion battery”。最终“锂离子电池”这个名称被全世界广泛接受，这也体现了SONY在锂电领域的特殊贡献。 目前，几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料，所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯。比如，磷酸铁锂电池（BYD所谓的“铁电池”不在笔者讨论范畴）、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等，都是针对正极而言的。那么以后如果负极用硅材料会不会叫做硅电池？也许可能吧。但不管怎么样，谁起主要作用就用谁命名。” 从此文可以看出，在电池中，以主要作用的成分（磷酸铁锂锂电池）、机理（液流电池等）来命名是一般通用的规则，那么对于“石墨烯电池”呢？

石墨烯吸附氨气-2009

Home Search Collections Journals About Contact us My IOPscience Adsorption of ammonia on graphene This article has been downloaded from IOPscience. Please scroll down to see the full text article. 2009 Nanotechnology 20 245501 (https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html,/0957-4484/20/24/245501) View the table of contents for this issue, or go to the journal homepage for more Download details: IP Address: 218.197.201.89 The article was downloaded on 02/03/2012 at 03:40 Please note that terms and conditions apply.

IOP P UBLISHING N ANOTECHNOLOGY Nanotechnology20(2009)245501(8pp)doi:10.1088/0957-4484/20/24/245501 Adsorption of ammonia on graphene Hugo E Romero1,Prasoon Joshi2,Awnish K Gupta1, Humberto R Gutierrez1,Milton W Cole1,3, Srinivas A Tadigadapa2,3,4and Peter C Eklund1,3,4 1Department of Physics,Pennsylvania State University,University Park,PA16802,USA 2Department of Electrical Engineering,Pennsylvania State University,University Park, PA16802,USA 3Materials Research Institute,Pennsylvania State University,University Park,PA16802,USA E-mail:sat10@https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html, and pce3@https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html, Received26January2009,in?nal form28April2009 Published26May2009 Online at https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html,/Nano/20/245501 Abstract We report on experimental studies of NH3adsorption/desorption on graphene surfaces.The study employs bottom-gated graphene?eld effect transistors supported on Si/SiO2substrates. Detection of NH3occurs through the shift of the source–drain resistance maximum(‘Dirac peak’)with the gate voltage.The observed shift of the Dirac peak toward negative gate voltages in response to NH3exposure is consistent with a small charge transfer(f～0.068±0.004 electrons per molecule at pristine sites)from NH3to graphene.The desorption kinetics involves a very rapid loss of NH3from the top surface and a much slower removal from the bottom surface at the interface with the SiO2that we identify with a Fickian diffusion process. (Some?gures in this article are in colour only in the electronic version) 1.Introduction Graphene is a single?at atomic sheet of carbon with the atoms arranged in a two-dimensional(2D)honeycomb con?guration.Recent progress in isolating graphene on an insulating substrate(e.g.,SiO2or SiC)now enable this exotic 2D system to be probed experimentally[1–3].It has been shown to be a promising building block for novel generation of high speed and sensitive electronic devices[4–12].Electron transport experiments on graphene have demonstrated,among other effects,unusual carrier-density-dependent conductiv-ity[1,13,14],anomalous quantum Hall effect[13–15], minimum quantum conductivity[13],and exceptionally high electron mobilities[16,17].These remarkable electronic properties stem from the unique band structure of graphene, which exhibits conduction and valence bands with near-linear dispersion that touch at the Brillouin zone corners to make a zero gap semiconductor. Similar to earlier experiments on carbon nanotubes[18], the transport properties of graphene have been shown to be sensitive to molecules adsorbed on the surface(e.g.NH3,NO2, H2O and CO)[10,19].The details of the strength and character of the adsorption(chemi versus physisorption),and the degree of charge transfer between the analyte and graphene is still 4Authors to whom any correspondence should be addressed.under debate.Geim and co-workers were the?rst to report that a graphene Hall effect sensor device is capable of detecting individual molecules of NO2[10].Charge transfer between the graphene and NO2is thought to be important in this particular case[19,20]. Here,we report studies of the interaction of NH3with graphene?eld effect transistors(FETs)supported on Si/SiO2 substrates in order to provide further insight into the nature of the molecule–graphene interaction.The SiO2is used as a gate dielectric and the heavily doped Si substrate as the bottom gate electrode.By sweeping the gate voltage,we can follow the time evolution of the peak in the drain-source resistance (known as the‘Dirac’peak)to monitor the change of the Fermi level in graphene in response to the adsorption and desorption of NH3.Presumably,this shift of the Dirac peak is dominated by charge transfer effects.The Dirac peak shift and the thermodynamic data for NH3on graphite are used to determine the effective charge transfer per NH3molecule(f) to the graphene.Our value for f will be compared to recent theoretical calculations for NH3bound to the surface[20]and to the edges[21]of graphene. 2.Experimental details The graphene FETs studied here were supported on Si/SiO2 substrates and bottom-gated using the SiO2(300nm thermal

氧化石墨烯对结晶紫的吸附性能研究

专业综合实验报告 学院：化工与制药学院班级：精细化工1202班姓名：胡建雄 学号： 121408030309 指导老师：刘翠云

氧化石墨烯对结晶紫的吸附性能研究 精细化工1202班胡建雄 1.前言： 随着中国染料工业迅速发展，染料应用领域大大拓宽，不仅用于装点服饰、美化生活和环境，也已经成为化学工业的一个重要分支。染料大多是以化工产品合成的芳香类化合物，年产量很大，其中10%～15%被排放到废水中；染料化学性质稳定，难以降解，具有潜在的毒性及致癌作用，对人类及生态环境造成了严重的威胁。因此，工业染料废水的处理及环境水中染料污染的去除受到人们的广泛关注。多种方法如吸附法、膜分离法、磁分离法、化学氧化法、生物法等已应用于废水中染料的去除，其中吸附法效果较好，应用广泛。传统的吸附剂存在吸附容量低、难分离等缺点，因此，新型吸附剂材料的开发与研制成为近年来的研究热点。 氧化石墨烯(GO) 通常是由石墨经化学氧化、超声制备获得。因石墨来源广泛，价格低廉，氧化石墨烯便于大规模生产。同时，氧化石墨烯拥有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧基团，是一种亲水性物质，与许多溶剂有着较好的相容性，非常适合在水处理中应用。目前报道的常用的石墨氧化方法主要有Brodie法、Standenmaier法以及Hummers法。其基本原理都是先用强酸处理石墨，形成石墨层间化合物，然后加入强氧化剂将其氧化。其中使用浓H2SO4、NaNO3及KMnO4作氧化剂的Hummers 法最为常用，该方法缩短了制备的时间，提高了安全系数，水处理应用中多采用该方法。氧化石墨烯可以通过化学法(利用还原剂如水合肼，二甲肼，硼氢化钠等) 、热剥离法、紫外光辐射法、微波法等方法还原成石墨烯。将氧化石墨烯表面的含氧基团部分还原后得到还原氧化石墨烯(RGO) ，提高了其表面电势，相比氧化石墨烯，对于水中阴离子污染物的吸附能力有所增强。 氧化石墨烯（GO）是一种新型二维碳纳米材料，由于具有超大的比表面积，表面有大量的含氧官能团（包括羟基、环氧基、羧基等），可以有效地吸附废水中的染料，已成为一种性能优异的新型吸附剂。

石墨烯技术产业发展现状与趋势

摘要：2013年1月，石墨烯入选欧盟两项“未来和新兴技术旗舰项目”之一（另一项为“人类大脑工程”），欧盟委员会计划在未来十年投入10亿欧元开展石墨烯应用技术研发与产业化，再一次激起了各界对这一革命性材料的关注。 关键字：石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;态势;趋势;技术转移;石墨烯;技术转化;产业化 石墨烯（Graphene）又称单层墨，是一种新型的二维纳米材料，也是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。因其特殊纳米结构和优异的物理化学性能，石墨烯在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。英国两位科学家因发现从石墨中有效分离石墨烯的方法而获得2010年诺贝尔奖，引起了科学界和产业界的高度关注，石墨烯相关专利开始呈现爆发式增长（2010年353件，2012年达1829件）。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术研发作为长期战略予以重点关注，美国、欧盟各国和日本等国家相继开展了大量石墨烯研发计划和项目。总体看来，石墨烯技术开始进入快速成长期，并迅速向技术成熟期跨越。全球石墨烯技术研发布局竞争日趋激烈，各国的技术优势正在逐步形成，但总体竞争格局还未完全形成。具体发展态势如下： 态势一：制备与改性的突破为产业化提供了技术支撑 一方面，石墨烯制备技术取得突破。石墨烯制备技术与设备是石墨烯生产的基础。一直以来，石墨烯大规模制备技术是阻碍其产业化的最重要因素。近来，石墨烯制备技术取得了若干突破，目前已形成自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）两种途径，开发出了从简易低成本制造到大面积量产工艺的多种方法，包括：机械剥离、氧化还原法、化学气象沉积（CVD）、外延生长、有机合成、液相剥离等。这些方法各有优缺点，需要根据不同的需求进行选择（表1）。其中，氧化还原法因成本低且易实现，有望成为最具发展前景的制备方法之一。同时，各种方法

石墨烯对气体的吸附

石墨烯一经制备出来就受到了广泛关注，这归结于石墨烯的二维平面晶体结构具有良好的力学、电学等性质和广阔的应用前景。石墨烯有很大的比表面积，因而吸附性能好。石墨烯是零帯隙的半导体，没有磁性，而用其它原子吸附、掺杂，可以引入磁性甚至打开帯隙，这在纳米电子器件方面很有前途。石墨烯吸附VA、VIA、VIIA 族的典型原子，其最稳定的吸附位分别为桥位、桥位、顶位，而同一主族中最稳定的则是石墨烯吸附N、O、F 的情况。对石墨烯吸附这三种原子的研究，得出结论：N、O 原子的吸附为化学吸附，F 原子的吸附更偏向于物理吸附；完整石墨烯是零帯隙的半导体，F、N 吸附体系的费米能级发生了移动，并且穿过一条能级，体系成为导体，O 吸附体系则是拥有较窄帯隙0.133eV 的半导体；F、N 吸附体系呈铁磁性，其磁性来源于吸附原子与石墨烯衬底的相互作用，而O 吸附体系没有磁性。 早期研究表明CNTs能够很好的探测到N02和NH3气体分子掺杂也可以探测到NH3气体分子,纯石墨烯对02和N02分子敏感点缺陷掺杂的石墨稀对C0,NO和NO2气体分子敏感Li的掺杂能大大提高石墨稀对H2气体分子的吸附程度,一个Li 原子上最多可以吸附4个氏分子,Li掺杂的石墨烯很有潜力作为储氧材料Ural等人的研究结果表明Pd和Pt的掺杂也能使石墨稀有效地探测H2气体分子,但再用做储氢材料方面不管从吸附程度或材料质量方面都没有Li掺杂的石墨稀具有优势[33,341。Si替位掺杂后的石墨烯对CO,O2,N02和?0敏感增高而P掺杂后石墨稀可以利用磁性性质区分02和掺杂和S掺杂都能提高石墨烯对N02和S02的敏感度在以上前人所做的研究中并没有考虑到掺杂石墨烯对空气中最多的非惰性气体02分子的吸附,对02气体分子过于活跃的性质势必会阻碍掺杂石墨烯成为气体探测器的候选材料。 首先计算了O2分子在N、P、B、Si、S和O替位掺杂的石墨烯上的吸附情况。优化得到稳定结构,计算出吸附能。结果表明:Si和P掺杂的石墨烯吸附O2分子的吸附能过大,而N、B、S、和O掺杂的石墨烯对O2分子吸附能较小。 对非金属原子B、N、S、O掺杂的石墨烯吸附空气中主要污染气体C0、NO、NO2进行了进一步的理论研究,通过分析比较气体吸附前后的态密度图的差别发现,0、B掺杂石墨烯对NO气体分子的吸附敏感,N02气体分子的吸附会提高NG的电导率但会使BG的电导率下降,S掺杂的石墨烯原本具有明显的金属性质,吸附 N02后费米能级上的DOS降到了接近零呈现半导体性质。 在我们的研究中,CO气体分子的吸附对B、N、S、0掺杂的石墨烯电导性质的影响都不明显。这些非金属掺杂的石墨烯都不能成为探测CO气体分子的候选材料。根据前人的研究,点缺陷石墨烯的能够很好地探测CO气体分子,但对02分子也极其敏感[31'62],并不能有效地分辨出CO气体。其他基于石墨烯的材料对CO 气体分子的吸附特性还有待研究。 一是这些地区近地面空气相对湿度比较大，地面灰尘大，地面的人和车流使灰尘搅动起来； 二是没有明显冷空气活动，风力较小，大气层比较稳定由于空气的不流动，使空气中的微小颗粒聚集，漂浮在空气中； 三是天空晴朗少云，有利于夜间的辐射降温，使得近地面原本湿度比较高的空气饱和凝

氨基功能化石墨烯吸附锂原子的理论研究

收稿日期：2013-09-30; 修回日期：2013-12-02 基金项目：四川省科技厅项目(2011JYZ018)资助 作者简介：袁文彬(1987—)，男，四川南充人，硕士在读， E-mail ：303261358@https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html, 联系人：杨丽君(1976—)， 四川仁寿人，博士，E-mail ：ljyang@https://www.360docs.net/doc/4c19034979.html, 第31卷 第5期 2014年5月28日 计算机与应用化学 Computers and Applied Chemistry V ol.31, No.5 May 28, 2014 氨基功能化石墨烯吸附锂原子的理论研究 袁文彬，杨丽君* (西华师范大学化学化工学院, 化学合成与污染控制四川省重点实验室, 四川，南充，637009) 摘要：运用第一性原理计算方法，研究了氨基功能化石墨烯(G-NH 2)的特点及对锂原子的吸附情况。计算结果表明，G-NH 2为P 型半导体，能隙0.54 eV ，有优良的导电性能；G-NH 2层间距大于4.0 ?，不会发生类似石墨烯的聚集行为，具有更好的稳定性。分析单个锂原子在石墨烯(G)和G-NH 2上的吸附，结果表明G 对锂的吸附能为-1.77 eV ，锂所带电荷为0.552; G-NH 2对锂的吸附能为(-2.43 ~ -3.51) eV ，锂所带电荷为0.546 ~ 0.639。因而G-NH 2对锂吸附作用更强、电荷转移性能更好。对比多个锂原子在G 与G-NH 2上的吸附，G-NH 2比G 对Li 吸附强且吸附量更大。以上计算结果表明，与本征石墨烯相比，G-NH 2对锂原子有更强吸附作用，电荷转移性能更佳，储锂量更大。 关键词：石墨烯； 氨基功能化；储锂；电极材料 中图分类号：O641 文献标识码：A 文章编号：1001-4160(2014)06-719-723 DOI: 10.11719/com.app.chem20140617 1 引言 2004年，英国曼彻斯特大学Geim 教授研究组首次发现并制备了石墨烯(G)[1]。石墨烯因具有独特的二维结构及新奇的物理、化学、生物特性而引起了广泛的国际关注并成为新材料领域的研究热点，在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域有良好的应用前景[2-8]。 近几年，研究人员已经证明石墨烯是一种优异的锂离子电池电极材料[9-12]。Suzuki 等通过分子轨道计算提出了石墨烯作为电极材料的理想储锂结构, 即石墨烯层间距为(7.7~8.3) ? 时，锂离子能以双层的形式存在于石墨烯层间，从而使电极达到最佳导电效果[13]。但这种理想结构难以形成，因为单层石墨烯之间容易相互作用形成双层甚至多层(此时石墨烯层间距小于4.0 ?)石墨烯，从而导致石墨烯电极导电能力降低。此外，结构完整的石墨烯化学稳定性高、表面呈惰性状态，因此在水及常见有机溶剂中难于分散。而且最近研究表明，石墨烯质轻且有毒[14-15]，若使用不慎或锂电池破损泄漏，将对环境与生物造成重大危害。鉴于此，对石墨烯进行有效地修饰和功能化，改善石墨烯材料的各项性能(如分散性、溶解性及导电性等)[16]，获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料和减小其生物和环境毒性显得尤为重要。 目前，对石墨烯的功能化主要分为共价键功能化和非共价键功能化，其中，共价键功能化研究较为广泛[17]。在石墨烯的众多共价键功能化中，氨基功能化属于比较重要的一种。Sunil K 、Singh 、Yizhe Hu 等研究人员利用氧化石墨烯(GO)分别与乙二胺，4,4′-二氨基二苯醚，4,4′-氨苯砜和二甲基甲酰氨等反应，成功合成了各种氨基功能化的氨基石墨烯[14,18-19]。与G 相比，这些氨基石墨烯的界面相容性有了明显的提高，热稳定性、机械性能等 也均有较大改善。更重要的是，氨基石墨烯相对于G 以及GO 等纳米材料而言，无生物毒性，更加安全环保，因而有更大的应用前景。 目前，氨基石墨烯在复合材料、生物医学等方面的应用有较多研究，但在锂电池电极材料方面的研究还未见报导。鉴于此，为探索氨基修饰对石墨烯结构的影响及氨基石墨烯电极材料的储锂性能，本文采用第一性原理研究氨基(-NH 2)修饰对石墨烯的空间结构、电子性能及储锂效能的影响，以期为石墨烯锂电池电极材料改性及储锂材料研究提供参考。 2 计算细节 2.1 计算模型 对G 和G-NH 2的几何优化、电子特性及对Li 的吸附性能的模拟计算均在4×4×1石墨烯超级胞、共32个C 原子的基础上进行。相邻层间距设定为17 ?，以避免双层之间的相互影响。对多个Li 在G-NH 2上的吸附位点设置，我们参考了Ataca C 的相关研究[28]。对于G-NH 2空间稳定性的模拟计算，则基于3×3×1石墨烯超级胞、共30个C 原子上进行，并对边界进行氢化处理。 2.2 计算方法 采用密度泛函理论(DFT)平面波鹰势方法，交换相关势能采用广义梯度近似(GGA)中的PBE (Perdew –Burke –Ernzerhof )来处理[20]，使用自旋不受限制的Dmol3模块来 完成相关计算[21-22] 。布里渊区K 点设置为9×9×1。基组设定选择DNP ，并用All Electron 方法处理内核电子，收敛公差的品质选择Fine 。在模拟G-NH 2吸附Li 原子时，sme-aring 值设为0.01 Ha 、最大迭代次数选择100以保证收敛。为了计算相关吸附能，我们采用以下公式：