基于石墨烯的材料化学进展
石墨烯复合材料的研究进展
石墨烯复合材料的研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维碳纳米材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理、化学和机械性能引起了全球科研人员的广泛关注。
凭借其优异的导电性、高比表面积、良好的热稳定性和出色的力学性能，石墨烯在多个领域，特别是复合材料领域，展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在全面综述石墨烯复合材料的研究进展，探讨其制备技术、性能优化以及在能源、环境、生物医学等领域的应用现状，并展望未来的发展趋势。
通过对相关文献的梳理和分析，我们期望能为读者提供一个清晰、系统的石墨烯复合材料研究脉络，为未来的科研工作和实际应用提供有益的参考。
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，这些方法的选择和应用主要取决于所需复合材料的特性、石墨烯的形貌和尺寸、以及复合材料的应用领域。
以下是几种主要的石墨烯复合材料制备方法：溶液混合法：这种方法是制备石墨烯复合材料最简单、最直接的方法之一。
通过将石墨烯粉末或石墨烯溶液与基体材料溶液混合，然后进行搅拌、超声处理或热处理，使石墨烯均匀分散在基体材料中。
这种方法的优点是操作简单，可以大规模生产，但石墨烯的分散性和均匀性可能受到影响。
原位聚合法：这种方法通过在石墨烯表面引发聚合反应，使石墨烯与聚合物基体直接化学键合。
这种方法可以显著提高石墨烯与基体之间的界面相互作用，增强复合材料的性能。
然而，这种方法通常需要较高的反应温度和压力，操作相对复杂。
熔融共混法：这种方法是将石墨烯粉末直接与熔融的聚合物基体混合，然后通过热处理和机械搅拌使石墨烯均匀分散在基体中。
这种方法适用于高温稳定的聚合物基体，可以制备出高性能的石墨烯复合材料。
气相沉积法：这种方法通过在气相中分解含碳前驱体，使碳原子在基体表面沉积形成石墨烯。
这种方法可以制备出高质量的石墨烯，且石墨烯与基体之间的结合力强。
然而，这种方法需要特殊的设备和技术，成本较高。
近年来，随着科学技术的不断发展，新型的制备方法如3D打印、静电纺丝等也逐渐应用于石墨烯复合材料的制备。
石墨烯材料的最新研究进展及其应用前景
石墨烯材料的最新研究进展及其应用前景石墨烯，是由石墨单层经过机械剥离或还原氧化石墨所得的一种新型碳纳米材料。
它具有高的电导率、热导率、机械强度和柔韧性等特点，被誉为“21世纪的材料之王”。
近年来，石墨烯材料在新型电子器件、光电器件及生物医学等领域的应用前景备受关注。
本文将围绕石墨烯材料最新研究进展及其应用前景这一主题，进行探讨与分析。
一、制备方法及表征技术的进展目前，石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积（CVD）、机械剥离法、还原氧化石墨（GO）法、化学氧化还原法、电化学剥离法等。
其中，化学气相沉积法制备的石墨烯材料制备简单、成本低、可量产，因此目前较为主流。
而机械剥离法虽然操作简单，但存在成本高、产量低等缺点，限制了其在工业化生产中的应用。
此外，还原氧化石墨法在制备过程中产生的废水、废气等污染问题也需要解决。
石墨烯的表征技术主要有拉曼光谱、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等。
拉曼光谱技术主要用于石墨烯的结构分析和缺陷检测，而TEM和SEM则可用于石墨烯的形态与质量检测。
近年来，随着STM、AFM、XPS等技术的不断发展，石墨烯的表面形貌、电子结构等方面的研究也逐渐深入。
二、光电器件应用前景石墨烯作为一种新型材料，在电子器件、光电器件等领域的应用前景十分广泛。
光电器件方面，石墨烯由于其高导电性、良好的透明性和优异的光学性质，尤其适用于太阳能电池、光电探测器等设备的制备。
目前，石墨烯-钨酸盐复合材料的应用已经取得了重大突破，其太阳能光电转化效率高达56%。
此外，石墨烯还可以制备高性能的光电场效应器件。
该器件的制备过程简单，功耗低，响应速度快，可广泛应用于智能手机、电子书等场合。
三、生物医学应用前景石墨烯在生物医学领域的应用也备受瞩目。
石墨烯的高机械强度和柔韧性，使其成为制备仿生机器人、智能假肢等设备的理想材料。
此外，石墨烯的高电导率和生物相容性，还使其具有开发医学传感器、生物诊断器等应用的潜力。
新型材料——石墨烯的应用与研究进展
新型材料——石墨烯的应用与研究进展近年来，石墨烯作为一种新型材料，备受科技界关注。
它具有极高的导电性、导热性、力学强度和化学稳定性，同时具有较大的比表面积和独特的光学特性。
其应用前景广泛，研究进展也十分迅猛。
一、石墨烯的基本特性石墨烯是由碳原子按照六边形排列构成的薄片状材料。
它只有一层碳原子，具有很高的层间结合能，因此能够在空气中稳定存在。
石墨烯具有很高的导电性和导热性，在热和电传输中有着重要的应用价值。
同时，石墨烯还具有很高的力学强度和柔性，具有非常广泛的应用前景。
二、石墨烯应用领域1. 电子学领域石墨烯具有优异的导电性，单层石墨烯的电阻率仅为5.4×10^−6 Ω·cm。
因此，石墨烯被广泛应用于电子学领域，例如制造场效应晶体管、光电器件和传感器等器件。
同时，石墨烯电极还可以被用于储能器件、发电装置等。
2. 新型储存材料石墨烯具有极高的比表面积和化学稳定性，所以在储存材料方面也有着广泛的应用，如锂离子电池、超级电容器及磁性纳米复合材料等。
3. 生物医学领域石墨烯还具有良好的生物活性和生物相容性，因此在生物医学领域也有着广阔的应用前景。
例如，可用作药物载体、生物医学传感器及组织再生材料等。
4. 环境保护领域石墨烯还可以用于环境污染治理。
例如，可用作水处理材料、油污处理材料等。
同时，石墨烯还可以用于制造环保材料，如石墨烯防护材料。
三、石墨烯的研究进展1. 石墨烯导电性研究通过石墨烯的导电性研究，人们发现了一些比较好玩的现象：石墨烯可以在极低的电压下形成电泳效应，这种现象对于生物医学、纳米电子学等领域具有重要意义。
2. 石墨烯的力学性能研究石墨烯的力学性能在最近几年得到了广泛关注，例如制造高性能复合材料等。
此外，还有很多关于石墨烯力学性能的理论研究。
3. 石墨烯的光学性能研究石墨烯在光学方面的研究也得到了广泛关注。
石墨烯的独特光学特性使其具有在光电池、太阳能电池等领域应用的潜力。
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展
石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的强度、导电性和导热性，并且具有非凡的物理和化学性质。
自2004年以来，石墨烯的相关研究一直是材料科学领域中最具活力和发展潜力的研究之一。
本文将就石墨烯材料的物理与化学性质的研究进展进行探讨。
一、石墨烯的物理性质1.导电性石墨烯具有出色的导电性，是迄今为止最佳的导电材料之一。
由于本构结构的特殊性质，石墨烯具有强大的电子传输能力，使其能够实现高速电子传输，并在电子器件中发挥重要作用。
2.强度和刚度石墨烯是一种具有极高强度和刚度的材料。
其平均强度是钢铁的200倍，因此具有非常高的抗压和抗拉能力。
这些特性使它成为未来材料发展领域的热点之一。
3.热导率石墨烯具有极高的热导率，是钻石的几倍，挑战了经典Fourier热传导定律，该定律无法解释石墨烯非常显著的热导率。
这使得石墨烯成为热传导性能研究的热点对象。
二、石墨烯的化学性质1.化学反应性石墨烯在氧化、硝化、氢化等化学反应中表现出良好的反应性。
例如，氧化后的石墨烯可以制成石墨烯氧化物，具有比石墨烯更好的导电性和导热性，并有望在透明导电膜、电存储器以及生物传感器等领域得到广泛应用。
2.表面功能化石墨烯表面的化学修饰可以改变其表面特性，如润湿性、分散性和反应活性，增强其化学可用性。
例如，将石墨烯表面修饰为羟基、胺基、硫基等功能化基团后，能够制备出更优异的光催化材料，并在光催化分解有机污染物等方面有着广泛应用。
三、石墨烯的应用前景1.电子器件由于石墨烯具有卓越的导电性能，所以它被广泛应用于电子器件领域。
例如，石墨烯晶体管、柔性电子器件、透明导电膜等都是石墨烯电子器件的典型应用之一。
2.能源材料石墨烯在能源材料领域的应用十分广泛，如锂离子电池、超级电容器、电催化等。
例如，石墨烯锂离子电池的电极材料可以大大提高电池的能量密度和循环性能，在电动车、移动设备等方面得到广泛应用。
3.光电材料石墨烯在光电材料领域的应用也越来越受到关注，如光催化材料、透明导电膜、光电探测器等。
石墨烯的化学研究进展105
石墨烯的化学研究进展摘要：石墨烯材料自身具备较强的光学性能与电学性能，近几年在化学制备与改良方面具有显著的成效。
由于自身所具备的独特性能，导致其在多个领域得到广泛的使用。
本文结合石墨烯的化学研究展开进一步研究与分析，进而对石墨烯化学制备与改良性等方面展开深入的探讨。
关键词：石墨烯；化学研究；进展分析石墨烯是由碳原子形成的二维晶体，其厚度只有一层原子，在最早是由英国曼彻斯特大学所发现。
石墨烯具有自身独特的性能，例如光学性能与电学性能，在应用过程中具有较为深远的商业价值。
但是在应用之前，要具备较为完善的复制的制备，由于物理方法对石墨烯制备具有较低的可控性，然而化学制备不同。
1.石墨烯石墨具有三维的层状结构，如果层数小于10，表面的电子状态会与普通的石墨存在显著的区别，因此，层数在10以下的石墨则为石墨烯，并非是单层。
石墨烯的晶体结构与苯环存在类似之处，不论是力学性质，还是结构的刚性都较为优异，并具备一定的硬度，自身具备良好的导电性能，也是目前世界上最坚硬、最薄的纳米材料，能够被应用于电子元件中。
石墨烯具有较强的导热性能，也是目前导热性能最强的碳材料。
除此之外，石墨烯还具有较强的光学特性，即便看上去是透明的，但是对光的吸收能力较弱。
2.石墨烯的化学制备2.1石墨烯氧化物在应用石墨烯的过程中，要选择大规模可以复制的制备，在此过程中，要将石墨烯的结构进行规整，控制好其厚度与尺寸。
借助物理方法的制备往往很难进行控制，不能进行大规模的制备。
化学制备与之相比，具有一定的可行性。
石墨烯的厚度会受到其表面与性质的影响，只有有效地控制石墨烯的厚度，才能够确保其性能得以灵活的调变。
一直以来，制备大面积、高质量的石墨烯一直是相关研究领域所研究的重要课题。
如果在常温的环境下，氧化还原法是制备石墨烯最为普遍的一种方法。
氧化还原的装置较为简易，其操作过程具有流程化与规模化，即便是在装备维护上，也不会投入较高的资金。
其中最为重要的一项即借助氧化还原的方法能够将工艺沉积至基底上，便于组装。
石墨烯材料的研究进展
石墨烯材料的研究进展随着科技的不断进步，人类对新材料的探索永远不停歇。
近年来，石墨烯材料因其出色的特性，在科研领域引起了广泛关注。
本文将从石墨烯材料的定义、制备、特性以及应用四个方面探讨其研究进展。
一、石墨烯材料的定义石墨烯是由单个碳原子组成的二维晶体，是石墨的基本单元，可以被看作是一个宽为几个纳米的2D纳米带。
由于石墨烯只有一个原子厚度，因此可使电子在不同方向上自由运动，表现出极强的电子传输性能。
此外，由于石墨烯的大的比表面积和2D结构，使其具有出色的光电特性，具有非常广泛的应用前景。
二、石墨烯材料的制备目前，石墨烯材料的制备主要有以下几种方法：1.机械剥离法机械剥离法是最早被发现的石墨烯制备方法。
该方法基于通过用胶带粘取石墨薄片然后将胶带剥离得到单层石墨烯的原理。
虽然这种方法制备的石墨烯具有高质量和长寿命，但其工艺流程相对繁琐，产量低。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法利用化学气相沉积技术制备石墨烯，其以金属催化剂为基础。
化学气相沉积法制备出的石墨烯具有一定的品质要求但是可以为大规模生产提供基础。
3.化学还原法化学还原法是利用还原剂还原氧化石墨烯制备石墨烯。
由于该法制备简单快捷，适用于大规模制备的优势，因此在科研和工业中都在广泛应用。
三、石墨烯材料的特性石墨烯以其通透的、具有很高比表面积和极高的导电性和热电导性能而著称。
此外，石墨烯的力学性质也相当优异，它的弹性模量比钢高200倍，韧性强到足以支撑一个大象，可以说是一种非常理想的材料。
四、石墨烯材料的应用石墨烯材料具有出色的性能，因此可以在许多领域中得到广泛的应用。
1.透明电极石墨烯的高透明性，高导电性和优异的力学性能，使其成为研制新型透明电极的理想材料。
由于其高度透明，可用于生物医学成像、太阳能电池与OLED等多个领域。
2.超级电容器由于石墨烯具有良好的电子传导性能和高比表面积，因此石墨烯材料也可以制备超级电容器。
这些特殊的电容器，可以存储更高的能量密度，从而成为电子装置的新选择。
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。
石墨烯及其复合材料的研究进展
石墨烯及其复合材料的研究进展石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有极高的导电性、导热性和机械强度，因此在诸如电子学、能源、传感器等领域具有广泛应用前景。
随着石墨烯研究的不断深入，越来越多的石墨烯复合材料被制备出来并被应用在实际中。
本文将介绍石墨烯及其复合材料的研究进展。
石墨烯的制备方法主要有机械剥离、化学气相沉积和化学还原等。
在机械剥离法中，通过在石墨晶体表面涂覆一层黏性剂，再使用胶带或刮刀将其剥离，就可以得到一层石墨烯。
化学气相沉积法则是将石墨烯生长在含碳气体的金属基片上，但这种方法需要高温高压条件下进行，而且存在成分不稳定的问题。
近年来，化学还原法由于制备简便、成本低廉等优势已经成为了石墨烯的主要制备方法之一。
化学还原法可以通过加热石墨烯氧化物或者将石墨烯氧化物和还原剂同时进行反应来得到石墨烯。
石墨烯作为一种新材料，在众多领域展露出了巨大的应用潜力。
在电子学领域，由于石墨烯导电性极高，可以制作出高性能的场效应晶体管、电荷传输器件等。
在光电领域，石墨烯在太阳能电池、光传感器等方面发挥着重要作用。
此外，石墨烯还可以应用于电磁屏蔽、生物传感等多个领域。
除了单独应用石墨烯，人们还发现将石墨烯与其他材料复合可以进一步增强其性能。
在支撑材料方面，人们可以将石墨烯直接复合在其他纤维或者颗粒材料上，形成石墨烯复合纤维或者颗粒。
在组合材料方面，人们可以将石墨烯与其他材料复合在一起，形成石墨烯复合材料。
一种常见的石墨烯复合材料是石墨烯复合聚合物。
这种复合材料可以通过将石墨烯加入聚合物中，来改善其机械、热学和电学性能。
相比于传统聚合物材料，石墨烯复合聚合物具有较高的导电性和导热性，因此在半导体、电池、储能等领域有着广泛的应用前景。
此外，人们还将石墨烯与金属、半导体等复合，在这些复合材料中石墨烯通常充当载流子的输运通道。
其中，石墨烯与铜、铝等复合材料可以提高电导率和导热率，从而改善导电线材、散热器等设备的性能。
《2024年石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展》范文
《石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和资源循环利用的迫切需求，吸附材料的研究与开发成为了科学界关注的热点。
近年来，石墨烯以其独特的结构和优良的物理化学性质，在吸附材料领域表现出极大的潜力和应用前景。
本文将围绕石墨烯吸附材料的制备与应用展开探讨，概述其研究进展。
二、石墨烯吸附材料的制备石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体，其结构具有极高的比表面积和优良的物理化学性能，使其在吸附领域具有广泛应用。
石墨烯吸附材料的制备方法主要包括化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂热法等。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是制备高质量石墨烯的常用方法。
该方法通过在高温条件下，使碳源气体在基底表面发生化学反应，生成石墨烯。
该方法制备的石墨烯具有较高的纯度和结晶度，但制备成本较高。
2. 氧化还原法氧化还原法是制备石墨烯吸附材料的主要方法之一。
该方法首先将天然石墨进行氧化处理，使其表面产生丰富的含氧官能团，然后通过还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯。
该方法制备过程简单，成本较低，但制备出的石墨烯结构可能存在一定程度的缺陷。
3. 溶剂热法溶剂热法是一种新兴的制备石墨烯吸附材料的方法。
该方法通过在高温高压的溶剂中，使碳源与溶剂发生反应，生成石墨烯。
该方法制备的石墨烯具有较高的比表面积和优良的吸附性能，但制备条件较为苛刻。
三、石墨烯吸附材料的应用石墨烯吸附材料因其独特的结构和优良的性能，在许多领域都有广泛的应用。
主要包括水处理、气体分离、能源存储等。
1. 水处理石墨烯吸附材料在水处理领域的应用主要表现在对重金属离子、有机物和微生物的去除。
由于其高比表面积和优异的吸附性能，石墨烯吸附材料能有效去除水中的污染物，提高水质。
2. 气体分离石墨烯吸附材料在气体分离领域的应用主要表现在对氢气、二氧化碳等气体的吸附和分离。
由于其独特的结构和优异的物理化学性能，石墨烯吸附材料在气体分离过程中表现出较高的效率和选择性。
石墨烯材料的研究进展及其未来应用
石墨烯材料的研究进展及其未来应用伴随着科技的不断发展，材料学科也随之发展，其中石墨烯材料的研究备受瞩目。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有极高的导电、导热和力学性能，被誉为“万物之王”。
本文将从石墨烯材料的研究现状、石墨烯应用领域以及未来石墨烯材料的发展方向等方面进行分析研究。
一、石墨烯材料的研究现状石墨烯在2004年被发现以来，其研究进展一直是材料科学研究的热点。
在过去的几年里，石墨烯的研究已经进入了裸眼可见阶段。
近年来，石墨烯相关的研究已经涵盖了大面积的领域，从基础物理实验到应用材料，以及从生物医学到能源和环境等等。
石墨烯的制备方法有多种，通常包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法、化学还原法、热水解法等。
这些方法都可以制备出高质量的石墨烯材料。
二、石墨烯应用领域石墨烯作为一种新型的纳米材料，具有许多优异的性能，被广泛研究和应用。
以下是主要的应用领域。
1、电子学领域：由于石墨烯导电性能极佳，可以制备出高效率、灵敏度的电子器件。
石墨烯MEMS传感器、石墨烯晶体管已经被研发出来，其应用在生物传感、车载传感等领域；2、摄像头：石墨烯透明、柔韧性好，制备的石墨烯锁相摄像头凭藉其高透明度而受到了人们的广泛关注；3、电池领域：利用石墨烯的导电性以及空隙结构可以制造出能量密度高、废物排放少的锂离子电池。
4、光电器件领域：利用石墨烯高透射性在加强红外线吸收、放大微弱信号方面具有极高的潜力，可以应用于能源、环境、安全等领域。
5、表面覆盖材料开发：采用石墨烯覆盖的方式能够大幅度改善材料表面的性能，使其在高温、高压、高湿度和氧化气氛等恶劣环境中得以长期稳定地使用。
三、未来石墨烯材料的发展方向虽然石墨烯已经被广泛研究和应用，但是其开发与应用也面临许多挑战。
目前，石墨烯应用的主要难题是大规模制备技术和可重复性。
因此，未来石墨烯材料的发展方向需要集中于以下三个方面：1、开发新的石墨烯合成方法：目前制备石墨烯的方法众多，但是石墨烯的大面积制备和商业化应用仍然是一个挑战。
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檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵殝殝殝殝综合评述基于石墨烯的材料化学进展徐超陈胜汪信*（软化学与功能材料教育部重点实验室，南京理工大学南京210094）摘要阐述了石墨烯材料化学的最新研究进展，主要包括石墨烯的化学制备、表面修饰及基于石墨烯的复合材料。
在基于石墨烯的纳米复合材料方面，着重介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景。
关键词石墨烯，表面修饰，复合材料中图分类号：O613．7文献标识码：A 文章编号：1000-0518（2011）01-0001-09DOI ：10．3724/SP．J．1095．2011．002052010-04-09收稿，2010-06-02修回国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院NSAF 联合基金（10776014）资助项目通讯联系人：汪信，教授；Tel ：025-********；E-mail ：wxin@public1．ptt．js．cn ；研究方向：无机纳米材料化学石墨烯［1］是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，它可看作是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元（Scheme 1）。
石墨烯具有许多奇特而优异的性能：如杨氏模量（约1100GPa ）、热导率（约5000J /（m ·K ·s ））、载流子迁移率（2ˑ105cm 2/（V ·s ））以及比表面积（理论计算值2630m 2/g ）等均比较高，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］。
这些优异的性能和独特的纳米结构，使石墨烯成为近年来广泛关注的焦点［3］。
基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景［3-5］。
本文将从材料化学的角度对石墨烯的制备合成、表面修饰、基于石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述［6-7］。
Scheme 1Schematic diagrams of Graphene （a ），Fullerene （b ），Carbon nanotube （c ）and Graphite （d ）1石墨烯的制备石墨烯［1］的制备最早采用的是机械剥离法，即利用胶带粘贴石墨后再转移到硅片上［8］，随后出现第28卷第1期应用化学Vol．28Iss．12011年1月CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY Jan．2011在惰性晶体（SiC ）上的晶体外延法［9-10］；单晶金属上的化学气相沉积法［11］；利用特定活性剂的石墨插层剥离法（图1）［12-14］；以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等等［15］。
图1利用硫酸分子插入到石墨层间示意图（a ）、四丁基氢氧化铵的插入（b ）、PEG 表面改性后的石墨烯及其分散照片（c ）、剥离后的石墨烯单片AFM 图（d ）、石墨烯TEM 图（e ）和石墨烯的电子衍射图（f ）Fig．1Illustration of the intercalation of H 2SO 4into graphene layers （a ），illustration of the intercalation of TBA into graphene layers （b ），optic images of graphene modified by PEG （c ），AFM image of exfoliated graphene sheets （d ），TEM image of graphene （e ）and selected-area electron diffraction of graphene （f ）采用气相沉积法制备出的石墨烯具有较完整的晶体结构，为石墨烯电子性能的研究提供了重要的基材，但所制得的石墨烯产量较低，难以规模化生产；化学法可大量制备石墨烯单片，但起始原料常常有缺陷，以氧化石墨烯为原料制备的石墨烯单片存在不同程度的缺陷；利用表面活性制得的石墨烯单片，可能因活性剂的引入而影响石墨烯固有的性质［14］。
此外，由于石墨烯单片之间存在较强的范德华力，很容易相互吸引而发生团聚，因而如何规模化制备稳定剥离的石墨烯基片对石墨烯材料的研究有着重要的意义［15］。
考虑到石墨烯的制备成本和可操作性，采用氧化石墨烯为起始材料经过脱氧还原制备石墨烯是目前较普遍的制备方法。
氧化石墨是用强氧化剂氧化鳞片石墨而获得的石墨衍生物。
氧化处理后，石墨烯片基上引入了许多功能团，如在表面连接有羟基和环氧基，而边缘则为羧基和羰基［16］。
这些氧基功能团可以使氧化石墨很容易在水中分散和剥离，形成稳定的氧化石墨烯悬浮液，这为石墨烯的制备提供了很好的前驱体。
通过还原剂去除表面的功能团便可得到石墨烯。
由于较强的范德华力，在没有保护试剂下制备出的石墨烯单片，在还原的过程中很容易发生团聚和碓砌［17］。
Ruoff 等［18］在还原的过程中添加聚苯乙烯磺酸钠（PSS ）以阻止石墨烯基片间的团聚，获得了在水溶液中稳定分散的石墨烯。
Li 等［15］根据静电原理，通过添加氨水调整石墨烯的ξ电位，以水合肼为还原剂制备出稳定、不需要任何保护剂的石墨烯单片，使得石墨烯的加工更加便利，也使石墨烯的还原制备技术得到很大的提升（图2）。
如通过改变还原剂获得水溶性石墨烯；能在有机溶剂中（乙醇、DMF 等）稳定分散的石墨烯［19］；通过在还原后石墨烯表面共聚接枝双亲高分子，制备出既能在水中分散又能在非极性溶剂二甲苯中分散的双亲石墨烯等等［20］。
此外，也相继出现了许多新型的还原技术，如Williams 等［21］利用TiO 2在光照下转移电子，不仅由还原氧化石墨烯得到稳定的石墨烯，同时也获得了石墨烯与纳米粒子的复合物；Zhang 等［22］在强碱NaOH 的水溶液中，通过加热也获得了稳定石墨烯；此外，利用醇热法同样可以还原制备石墨烯［23］。
但如何大量获得稳定、完整、表面清洁、相容性良好和面积大的石墨烯仍然是石墨烯研究面临的难点。
2应用化学第28卷图2利用静电原理制备的表面清洁的石墨烯Fig．2Synthesis of cleaned graphene via electrostatic repulsion1．oxidation of graphite to GO ；2．exfoliation of GO to single layered graphene oxide ；3．reduction of graphene oxide to graphene ；b ．AFM image of graphene ；c ．optical image of stable colloidal graphene dispersions ；d ．a graphene film2石墨烯的表面改性晶体结构完整的石墨烯除了能够吸附一些分子和原子（CO ，NO ，NO 2，O 2，N 2，CO 2，NH 3）外，表面并不活泼。
为提高石墨烯的应用价值，需要对其表面进行改性和修饰。
与碳纳米管的改性一样，石墨烯也可以通过共价和非共价键修饰。
在非共价表面改性中，主要是利用高分子覆盖石墨烯的表面，降低石墨烯基片之间的相互吸引力，从而提高石墨烯的分散性和稳定性［7］。
石墨烯氧化后产生的表面功能团提高了石墨烯的活性，为共价改性奠定了基础。
采用诸如异氰酸酯、硅烷偶联剂、有机胺等试剂可以实现石墨烯的表面功能化［24-29］。
利用异氰酸根与羟基以及羧基的高反应性，可以改变氧化石墨烯的表面性质，使之能在DMF 等有机溶剂中稳定分散［25］。
采用具有2个功能团的异氰酸酯为桥联剂，可以在氧化石墨的表面接枝具有双亲功能团的高聚物，使所获得氧化石墨烯具有在水里和有机溶剂中同时分散的性能。
此外，利用SOCl 2与氧化石墨烯表面的—OH 、—COOH 功能团反应，再与长链的烷基胺作用就可以形成能够在非极性溶剂（如二氯甲烷、四氯甲烷）中稳定分散的石墨烯［30］。
通过选择不同的表面活性剂改性氧化石墨烯也可以制备石墨烯复合物，如利用氧化二丁基锡改性氧化石墨，可以制得SnO 2-石墨烯复合物；利用生物分子改性氧化石墨烯，可以制得在生物领域有潜在应用的石墨烯［31］。
最近的研究发现［32-33］仅仅通过超声就可使氧化石墨烯分散在一些有机溶剂中（如乙二醇、DMF 、四氢呋喃等），大大简化了石墨烯表面处理的时效，为石墨烯的进一步研究和应用奠定了很好的基础。
如对在DMF 中分散的氧化石墨烯进行还原，可制备出在DMF 中稳定分散的石墨烯［19］。
3基于石墨烯的复合物利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质。
如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能［3］；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用［4］。
3．1石墨烯/高聚物复合物功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料。
如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物［3］。
该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S /m ，可在3第1期徐超等：基于石墨烯的材料化学进展导电材料方面得到的应用。
添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度（T g ）、力学和电学性能等。
在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其T g 提高40ħ［34］。
在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其T g 提高近30ħ［35］。
添加石墨烯的PMMA 比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA 具有更高的强度、模量以及导电率。
在聚乙烯醇（PVA ）和PMMA 中添加质量分数0.6%的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加［35］。
在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量［36］（531F /g ）比聚苯胺本身的电容量（约为216F /g ）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa ）。
这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件［36-37］。
石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构。
通过还原分散在Nafion 膜中的氧化石墨烯，可获得有序排列的石墨烯阵列结构（图3a ）［38］。
采用液氮冷冻法和模板法，也能在高聚物中形成三维有序的石墨烯结构（图3b 、3c ）。
这些有序的结构使石墨烯复合材料在电子材料（如晶体管、太阳能电池）和催化剂载体等领域有着潜在的应用［39］。