石墨烯复合纳米材料在环境水体修复中的研究与应用

１ 石 墨烯 的结构与性能
晶 体
石 墨 烯 除 拥 有 表 面 积 大 、 学 稳 定 性 展 ， 化 为有 效 除 菌 提 供 了新 的 思 路 。 墨烯 作 石
石 墨 烯 是 由 一 层 密 集 的 、 裹 在 蜂 巢 好 、 包 吸附 能 力 强 等 优 势 外 ， 具 有 更 为优 异 为 碳 材 料 的 代 表 之 一 本 身 对 生 物 体 的 毒 还 ， 的 电学 性 质 和 规 整 的 平 面 二 维 结 构 ， 使 性低 ， 有 高 度 生物 兼 容 性 ， 时 又 是新 型 二 这 具 同
称 石 墨烯 氧化 物 ） 氧 化石 墨烯 通 常 是 由石 材料 ， 现 对 水体 污 染 物 的 高 效 降解 。 。 实 墨 经化 学 氧 化 、 声制 备 获 得 。 化 石 墨烯 ２． 石 墨烯 复 合纳 米材 料 有效 抑 制细 菌生 超 氧 ２
含 有 大 量 的 含 氧 活 性 基 团 ， 而具 有 良好 长 因 的 生 物 相 容 性 和 水 溶 液 稳 定 性 ， 时 有 利 同
用 价 值 ， 在 环 境 水 体 修 复 领 域 展 现 出独 且
还 会 造 成 严 重 的 环 境 污 染 。 米 技 术 的 发 特 的 应 用 优 势 。 目前 大 多 只 是 处 住 理 论 纳 但 和 实 验 研究 方 面 ， 乏大 规 模 实 际 应 用 。 缺 未 来 发 展 成 本 相 对 低 廉 、 数 可 控 的 犬规 模 层
Ｎａ ｏＪ ．０ ８ ２ ７ ： ４ ７ ４ １ ｎ ［】２ ０ ， （） １ ８ ～１ ９ ．
【】Ｈｕ Ｗ Ｐ ｎ Ｌ ｏ Ｗ ，ｔａ ．ＡＣＳ ４ Ｂ， ｅ ｇ Ｃ， ｕ Ｊｅ １
Ｎａ ｏ Ｊ． ０ ０ ４ ７ ： ３ ７～４ ２ ． ｎ ［】２ １ ， （ ）４ １ ３ ３
是 目前 已知 最理 想 的 和 最 薄 的 新 型 二 维纳 得 其 可 以成 为 比碳 纳 米 管 性 能 更 为 优异 的 优 良的 抗 菌材 料 。 等 探索 了氧 化 石 墨 烯 ＨＵ
米 材料 ， 厚度 约 为０ ３ ｎ 是 构建 其 它维 数 ． ５ ｍ， 载 体 材 料 和 电 子或 空 穴 传 递 的 多 功 能 材 料 。 光 电转 化 和 光 催 化 过 程 中 ， 石 墨 烯 在 将 的 抗 菌特 性 ， 现 氧 化 石 墨 烯 纳 米 悬 液 发
６６ ６～ ６６ ９．
［】Ｓａ ｋ ｖ ｃ Ｓ， ｉｅ Ｒ ２ ｔ ｎ ｏ ｉｈ Ｐｎ ｒ Ｄ， ｕ ｅ Ｓ Ｎｇ ｙ ｎ Ｔ，ｔ ａ ． ａ ｂ ｎＪ． ０ ６ ４ （ ）３ ４ ｅ １ Ｃ ｒ ｏ ［】２ ０ ， ４ １ ： ３ ２～ ５
３ ４７． ３
［】Ｗ ｉ ｉｍｓＧ，ｅ ｅ Ｋａ ｔＰ Ｖ ．ＡＣ ３ ｌａ Ｓ ｇ ｒＢ， ｍａ ｌ Ｓ
碳 质材 料 如 ： 维 富 勒 烯 、 维 纳 米 碳 管 、 零 一
与 大肠 杆 菌孵 育２ ｈ后 ， 其 抑 制 率 超 过 对
三 维 石 墨的 基 本单 元 ＿。 墨 烯 的这 种 特 殊 与 半 导 体 光 催 化 剂 相 结 合 ， 实 现 两 种 材 ９ ％， 一 步 的实 验 结 果表 明 氧 化 墨 烯 的 】石 １ 可 ０ 进 结 构 蕴 含 了 丰 富 而 奇 特 的 物 理 现 象 ， 其 料 相 互 协 同 的 完 美 效 果 。 墨 烯 不 仅 能 增 抗 菌性 源 于 其 对 大 肠 杆 菌细 胞 膜 的 破 坏 。 使 石 表 现优异 的力 学性能 、 电学 性 能 、 热 性 强 复 合 材 料 对 水 体 污 染 物 的 吸 附 性 能 ， 导 而 将Ｔｉ 与石 墨烯 复 合制 备成 Ｔｉ 墨烯 复 Ｏ， Ｏ２
能 、 学 性能 （ １ 。 光 图 ）
且 将 复 合 材 料 的 光谱 响应 范 围拓 展 至 可 见
合膜 ， 将其 用 于 光 催 化 夫肠 杆 菌的 研 究 ， 并
光 区 。 时 ， 墨烯 可 以 作 为有 效的 电子 受 结 果 表 明 ， 合 薄 膜 的 光 催 化 杀 菌 活性 显 同 石 复
２ 石 墨烯复合纳米材料在 环境水体修复 体 促 进 半导 体 光 生 电子 一空 穴 分 离 ， 而 增 著 增 强 。 墨 烯 复 合 纳 米 材 料 具 有 良好 的 从 石 的研究与应用 强 了复合 材 料的 光 催化 活性 。 过石 墨烯 结 稳 定性 、 复 性 、 生 性 ， 且 由 ｆ石 墨 烯 通 重 再 而
３ 展 望
研 制 和 利 用 抗 菌 材 料 来 抑 制 和 杀 灭 有
目前 ， 着 基 于 石 墨 烯 的 研 究 持 续 升 随 温 ， 墨 烯 已 展 示 出 重 大 的 科 学 意 义和 应 石
于 化 学功 能化 修 饰 。 】
害细菌是提高 人类健康水平 的重要方面 。
２． 石 墨 烯复 合纳 米 材料 光催 化 降解 水体 传 统 的 抗 菌材 料 易 导 致 微 生 物 的 抗 药 性 ， １ 污 染 物
石 墨 烯 制 备技 术和 进 一 步 加 强 对 墨烯 及 其 衍 生 物 表 面 功 能化 的研 究 将 有 助 于推 动 其 产 业化 发 展 。
参考文献
［］Ｎｏ ｏｅｏ Ｋ Ｓ， ｉ １ ｖ ｓｌｖ Ｇｅｍ Ａ Ｋ， ｏ ｏ Ｍｏ ｒ ｚ ｖ Ｓ Ｖ，ｔ １Ｓ ｉｎ ｅＪ． ０ ４， ０ （６ ６ ： ｅ ａ ． ｃｅ ｃ ［】２ ０ ３ ６５ ９ ）
图 １ 石墨 烯 的基 本结 构 示意 图
①通 讯 作 者 ： 彪 。 孔
３ ６
科技 资讯 Ｓ ＥＮ ＣＩ ＣＥ ＆ Ｔ ＣＨ ＯＬ Ｙ Ｎ ＯＲ Ｅ Ｎ ＯＧ ＩＦ ＭＡＴＩＮ Ｏ
在 环境 水 体 修 复 领 域 应 用 较 多 的 石 墨 构 的调 控 ， 以 实现 对 其 电 子 结 构 的调 控 ， 可
烯 衍生物 主要是功 能化的氧 化石墨烯（ 或
的 制备 简 便 、 成本 低 廉 ， 种新 型的 碳 纳 米 这
前景 。
从而 可 以用 来 制 备 具 有 多 功能 性 质的 复 合 材 料 在 环境 污 染 控 制 领域 具 有广 阔 的 应 用
ＣＨＮＯＬ ＧＹ ＮＦ ＲＭＡＴ １ Ｏ ｊ ０ ０Ｎ
工 程 技 术
石 墨 烯 复 合 纳 米材 料 在 环境 水 体 修 复 中 的研 究 与应 用 ①
孔彪 唐静 高翔 ’ （， １ 同济 大学化 学系 ； ２ 同济 大学生 命科学与 技术学 院 上海 ２ ０ ９ ） ． ０ ０ ２ 摘 要： 石墨 烯作 为ｓ ２ 原子组 成的一 种新 型二维 纳米材 料 ， ｐ碳 具有 独特 的光学和 电 学性 质 ， 已经成 为 了材料 学 ． 分析化 学 、 环境 化 学 能量储存 等领域 的研 究热点 ， 且在环境污 染物的 分析检测及 修复 等方 面具有很 大的潜 力， 并 已经得到 了许 多振 奋人 心的研 究成果 。 文 本 在 阐述 石墨烯 结构 特性 及其功 能化的基础 上 ， 石墨烯 纳米 材料在 环境 水体修 复方 面的研究进行 了简要 概述 ， 对 同时展 望 了其在环境 水
体修 复 中 的发展 前 景及 方 向 。 关键词 ： 石墨 烯 复合纳米材料 环境分析 水体修复 研 究与应 用
中 图分 类 号 ： Ｑ ２ Ｔ ０
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ １１ （） ０ ３ — １ １ — ７ １ ２ １ ） １ｂ－ ０ ６ ０ ７