石墨烯的功能化概述
氧化石墨烯的功能化改性及应用研究
2、氧化石墨烯功能化改性的原 理和过程
功能化改性的原理主要基于氧化石墨烯的含氧功能团和片层结构。通过调整 功能团的类型和数量，可以改变氧化石墨烯的物理化学性质。功能化改性的过程 一般包括：预处理、化学反应和后处理三个步骤。预处理主要是去除氧化石墨烯 中的杂质和提高其分散性；化学反应是将功能分子或基团引入到氧化石墨烯上； 后处理是对改性后的氧化石墨烯进行分离、纯化和干燥。
复合功能探索：目前很多研究集中在单一功能改性上，但实际应用中往往需 要同时具备多种功能。因此，研究如何实现复合功能改性，以满足实际应用的需 求是未来的一个研究方向。
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（2）非共价键功能化
非共价键功能化是通过物理作用将功能分子或基团吸附在氧化石墨烯表面。 常用的方法包括：离子交换、π-π相互作用和氢键作用等。这些方法对氧化石 墨烯的片层结构影响较小，但可能降低其导电性。
（3）复合功能化
复合功能化是将共价键功能化和非共价键功能化相结合的一种方法。通过复 合功能化，可以同时改善氧化石墨烯的亲水性、化学反应活性和导电性。
（3）安全性：部分功能化改性试剂具有毒性或易燃性，对环境和人体健康 可能产生危害。如何在保证产品质量的同时，降低对环境和健康的负面影响是一 个需要的问题。
2、展望
未来氧化石墨烯功能化改性及应用研究可以从以下几个方面进行深入探索： （1）新功能发现：尽管已经对氧化石墨烯的功能化改性进行了广泛的研究，但 仍有新的功能团和改性方法值得探索。例如，可以研究新型的官能团与氧化石墨 烯的相互作用机制，为新功能的发现提供理论依据。 （2）
应用研究
1、电子领域
在电子领域，氧化石墨烯功能化改性后的应用主要包括导电材料、传感器和 储能器件等。通过功能化改性，可以改善氧化石墨烯的导电性和化学稳定性，提 高其在电子领域的应用性能。例如，通过共价键功能化将含氧功能团引入到氧化 石墨烯中，可以制备出具有高导电性的导电材料。
石墨烯量子磺酸化-概述说明以及解释
石墨烯量子磺酸化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶格结构材料，具有独特的物理和化学性质。
它具有极高的导电性、热导性和机械强度，同时还具有优异的光学特性和化学稳定性。
这些独特的性质使得石墨烯在各个领域的应用潜力巨大。
量子磺酸化是一种在石墨烯材料上引入磺酸基团的化学修饰方法。
通过磺酸化处理，可以改变石墨烯的表面性质和化学反应活性，进而拓宽其应用领域。
石墨烯量子磺酸化使得石墨烯具有更好的溶解性和可加工性，同时在能源储存、催化剂、光电器件等方面展现出了巨大的潜力。
本文的目的是对石墨烯量子磺酸化的方法和应用进行综述和探讨。
通过对相关文献和实验结果的分析，我们将介绍石墨烯的基本特性和结构，解释量子磺酸化的概念和原理，并详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法和技术。
同时，我们还将总结石墨烯量子磺酸化的重要性及其在各个领域中的应用，并展望未来的研究方向。
通过对石墨烯量子磺酸化的深入了解，我们可以更好地认识到这一领域的重要性和潜力。
未来的研究和开发工作将进一步推动石墨烯量子磺酸化的应用和技术的发展，为材料科学和纳米技术领域的发展做出更大的贡献。
本文的研究对于促进石墨烯量子磺酸化的研究和应用具有重要的参考价值，并将为相关科研人员提供思路和启示。
1.2文章结构文章结构的目的是为了给读者提供一个清晰的内容框架，使他们在阅读过程中能够更好地理解文章的主题和内容。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们会对石墨烯量子磺酸化进行一个整体概述，介绍石墨烯和量子磺酸化的基本概念，并明确文章的目的和意义。
接下来，在正文部分，将会分为三个小节展开讲述。
首先，我们会对石墨烯进行详细的介绍，包括其结构、性质及应用领域等方面的内容。
其次，我们会解释量子磺酸化的概念，并探讨其在材料科学中的重要性和实际应用。
最后，我们会详细介绍石墨烯量子磺酸化的方法，包括化学合成、物理改性等方面的内容。
最后，在结论部分，我们将对石墨烯量子磺酸化的重要性进行总结，并展望未来的研究方向。
石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用
石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用作者：关凤华来源：《中国校外教育·高教(下旬)》2014年第14期摘要：石墨烯从被发现到现在，已经经历了十年的时间。
从当初的概念材料变成现实中真正的材料，石墨烯已经在各个领域得到了非常广泛的应用，尤其是化学领域，对石墨烯的关注一直居高不下，对石墨烯的应用前景有非常大的信心。
关键词：石墨烯制备功能化化学应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖格夫成功地在实验中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在。
石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，是一种透明、良好的导体，因此应用领域非常广泛，兼具良好的军事和民用用途。
时至今日，石墨烯材料的制备已经更加的多元化和功能化，制备模式也更加丰富，对于促进当代化学领域的发展有着重要意义。
一、石墨烯的制备1.微机剥离法微机剥离法是石墨烯最早的发现和制备方法，该方法的操作原理是利用痒等离子束在高取向热解石墨材料表面进行槽面的刻蚀处理，具体刻蚀的尺寸标准为20.0nm～2.0nm（宽度），5.0nm（深度）。
将讲过处理后的高取向热解石墨压制在SiO2/Si基底基础之上，通过熔烧的方式，对多余的石墨片进行反复的剥离。
经过以上处理以后，将石墨薄片完全浸润在丙酮溶液中，通过超声清洗的方式，依赖于显微镜挑选镜下检出单原子层特点的石墨烯材料。
微机剥离法剥离制备的石墨烯结构完整，具有高电导性，但制备过程繁琐，生产效率较低，并不适用于大规模石墨烯材料的生产。
2.外延生长法外延生长法是利用生长基质的结构种出石墨烯。
通过将含有4H/6H-SiC的Ir或者Ru等单晶在超高真空环境下高温退火处理，使碳元素向晶体表面偏析，形成外延单层石墨烯薄膜。
石墨烯能量液的功效_概述及解释说明
石墨烯能量液的功效概述及解释说明1. 引言1.1 概述石墨烯能量液作为一种新兴的能量产品，近年来备受关注。
它是利用石墨烯材料的特殊结构和性质，通过科学技术手段制成的一种液态能量补充品。
与传统的能量产品相比，石墨烯能量液具有更高的效能和更广泛的应用领域。
本文将对石墨烯能量液的功效进行综述和解释，并探讨其在运动、医疗和生活领域中的应用示例。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、石墨烯能量液的功效解释、石墨烯能量液在各领域的应用示例、石墨烯能量液与传统能量产品相比的优势分析以及结论。
接下来将逐一介绍每个部分所包含内容。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释石墨烯能量液所具备的功效，并深入探究其在不同领域中广泛应用的示例。
同时，我们也将比较分析其与传统能量产品之间的优势差异。
通过本文的阐述，读者将更好地理解石墨烯能量液对健康和生活的积极影响，并对其未来发展前景有所展望。
2. 石墨烯能量液的功效解释：2.1 石墨烯能量液的定义和基本原理石墨烯能量液是一种以石墨烯为主要成分的液体产品。
石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶格结构，具有出色的导电、导热和机械性能。
因其特殊结构和性质，将其应用于能量领域可以带来多种功效。
2.2 提高能量水平的作用机制研究表明，使用石墨烯能量液可以改善人体细胞内部环境，促进细胞代谢和运作。
这主要得益于石墨烯材料具有良好的电导率，在与人体接触时可以加速离子传输和电子流动。
通过与身体细胞相互作用，它可以帮助提高细胞内部的能量水平，并促进身体系统的正常功能。
2.3 促进身体健康的效果2.3.1 提升免疫力：石墨烯能量液可以增强人体免疫系统的功能，并调整免疫反应。
它可以帮助身体抵抗疾病和外部侵害，从而提高整体健康水平。
2.3.2 改善血液循环：使用石墨烯能量液可以促进血液循环，增加血管的弹性和保持血管畅通。
更好的血液循环有助于有效输送氧气和营养物质到各个组织和器官，同时有利于排出代谢废物。
2.3.3 缓解疲劳和改善睡眠：石墨烯能量液具有调节人体生物电流的功能，可以帮助缓解身体和精神上的压力，减轻疲劳感。
石墨烯衣服
石墨烯衣服石墨烯服装材料是由生物质石墨烯与天然纤维经先进工艺融合所得，除了具有一般纤维的特征外，还具有极强的低温远红外和防紫外线功能，激活免疫细胞，增强机体机能，改善微循环，抑菌抗菌，抗静电，增温保温，在石墨烯功能服装及纺织领域走在了世界前列。
可以做到更薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。
同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。
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。
用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。
另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氢原子)也无法穿透。
这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
让我们具体了解一下石墨烯服装的优势：1、强化皮肤免疫细胞功能，达到消炎抑菌之效。
2、运用石墨烯材料制成，可通过体温激发远红外波、抗菌抑菌、超强祛湿。
3、是身体与外界的天然过滤器，结合其强大的远红外功能。
4、是新时代穿衣革命的新突破。
它打破了传统的内裤材质制造工艺。
5、利用石墨烯材料与纺织品有效结合，在保持纺织品各项基本性能的同时，具有石墨烯某一种或几种独特性质的纺织产品。
人类目前最强功能材料-石墨烯
实验证明
从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强 度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现 刊登于近期的《科学》杂志，作者是两位哥伦比亚大 学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。
Changgu Lee, et al. Graphene Measurement of th Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Science 321, 385 (2008);
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它 将能承受大约两吨重的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。
三、石墨烯特性 ： 电子运输 在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学 家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。 所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界 都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层 石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级 别上的微观扭曲。 石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导 =2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍， 且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在 石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。
石墨烯
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
详情>> 石墨烯（二维碳材料）编辑本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目审核。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
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，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
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。
石墨烯到底有哪些作用
谈到近年来的新型材料，让人感兴趣的不多，但石墨烯肯定不在此列，其火爆程度令人咋舌。
为何石墨烯如此火爆，难道它真有传说中的那么神奇吗？今天我们就一起来探讨石墨烯的作用到底有哪些方面。
1、石墨烯生物器件。
由于石墨烯的可修改化学功能、大接触面积、原子尺寸厚度、分子闸极结构等等特色，应用于细菌侦测与诊断器件，石墨烯是个很优良的选择。
科学家希望能够发展出一种快速与便宜的快速电子DNA定序科技。
它们认为石墨烯是一种具有这潜能的材料。
基本而言，他们想要用石墨烯制成一个尺寸大约为DNA宽度的纳米洞，让DNA分子游过这纳米洞。
由于DNA的四个碱基（A、C、G、T）会对于石墨烯的电导率有不同的影响，只要测量DNA分子通过时产生的微小电压差异，就可以知道到底是哪一个碱基正在游过纳米洞。
这样，就可以达成目的。
2、单分子气体侦测。
石墨烯独特的二维结构使它在传感器领域具有光明的应用前景。
巨大的表面积使它对周围的环境非常敏感。
即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到。
这类检测可以分为直接检测和间接检测。
通过穿透式电子显微镜可以直接观测到单原子的吸附和释放过程。
通过测量霍尔效应方法可以间接检测单原子的吸附和释放过程。
当一个气体分子被吸附于石墨烯表面时，吸附位置会发生电阻的局域变化。
当然，这种效应也会发生于别种物质，但石墨烯具有高电导率和低噪声的优良品质，能够侦测这微小的电阻变化。
3、作为导热材料或者热界面材料。
2011年, 美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及其超高等效热导率和超低界面热阻。
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图3 在 APRT 引发下苯乙烯对氧化石墨烯改性反应
（2）收敛法
用 4-二甲基氨基吡啶和 N-N-二环己 基碳二亚胺作为催化体系，通过酯化反应 将 PVA共价接枝到氧化石墨烯表面。得到 的功能化氧化石墨烯水溶性有很大的提高
利用含有芳香氨基的聚合物三苯胺聚甲酰 胺( TPAPAM) 中的氨基与氧化石墨烯的羧基进行 共价连接,得到了三本胺聚甲酰胺功能化石墨烯， 可用于记忆器件的制备,得到的记忆器件表现出 典型的双稳态开关特性，以及非失忆性FLASH 记 忆效应。这是基于共轭聚合物修饰石墨烯器件的 首次报道
（1）分散法
BMPB
分氯 该 散仿 方 性和二法 二甲得 氯基到 甲甲的 烷酰氧 中胺化 有、石 稳甲墨 定苯烯 的、在 N-NPS-PAM功能化 合可墨性进 物以烯，一 中作。得步 均为且到改 匀添此了善 分加功具了 散剂能有石 ，化两墨 在的亲烯 多石性的 种墨的溶 聚烯石解 植物衍生物 续高导不 利。电仅 用同性能 时和够 使导在 得热 植性中 物都均 资有匀 源显分 可著散 持提， DMF 氨基功能化 了在使 。 其 中热 的稳 稳定 定性 分明 散显 性提 变高 差， 但 DMF
石墨烯的功能化
主要内容
1 石墨烯化
3
石墨烯的非共价键功能化
4
石墨烯功能化的应用
一、石墨烯的特性
以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维材料
是世界上最坚硬的纳米材料
是构成其他碳族材料的基本单元
能够在常温下观察到量子霍尔效应 拥有超大的比表面积和超强的传热导电性能
石墨烯研究难题
1、小分子共价键功能化
异氰酸酯
双亲氧化石 墨烯 分和得剂以 散氯到，六 仿的然甲 及双后基 己亲与二 烷氧乳异 等化化氰 溶石剂酸 剂墨 酯 中烯 为 稳在反偶 定水应联 T-80 磺酸基功能化 性高功 和，能 表而化 面且的 活水石 性溶墨 都性烯 大、不 大分仅 提散导 高稳电 定性
磺化改性
12.32.4retool g.-1, 环道 吸磺 境纳 附化 污米 能石 染材 力墨 处料 达烯 理中 到对 意的 萘 义最 和 这 重高 大值是 萘 ，已 酚 对报 的
图 4 PVA 与 GO 酯化反应原理
3、共价键功能化存在的问题及其发展
石墨烯的共价键功能大大改善了其加工性 能，赋予石墨烯一些新的优异性能。然而， 石墨烯的共价键功能化也存在较为明显的 缺点。在对石墨烯进行共价键修饰的同时 会破坏石墨烯的本征结构，改变其本身特 有的物理化学性质。充分利用收敛法在石 墨烯边缘及缺陷部位引入具有特定功能的 高分子、小分子化合物或者共聚物将会是 石墨烯共价键功能化今后的主要研究趋势。
2、离子键功能化
（1）将带有不同取代基的季铵盐与石墨烯混合，然后加入 氯仿，简单振荡后即有石墨烯转移到有机相中。随后进一 步将带有负电荷的芳环大分子与石墨烯复合，制备了稳定 分散的石墨烯体系。这种方法是通过离子静电作用引入了 新的官能团，首次实现了石墨烯在不同溶剂之间的有效转 移
（2）通过离子交换将咪唑中的乙烯基苄基交换到石墨烯的 边缘部位，然后与甲基丙烯酸甲酯聚合得到石墨烯/聚甲基 丙烯酸甲酯复合材料。该方法是使石墨烯平面带电荷，通 过增加其亲水性而使其具有良好的分散性。且功能化石墨 烯的引入，提高了复合材料的储能模量、玻璃化转变温度 和电导率
三、石墨烯的非共价键功能化
石墨烯是疏水的，不溶于极性溶剂。为使 其溶于极性溶剂，必须对其进行非共价键 功能化。石墨烯的非共价功能化主要指通 过 π-π 相互作用，离子键及氢键等超 分子作用对石墨烯进行功能化，从而提高 石墨烯的分散性，并赋予其一些新的优异 性能
1、π-π作用功能化
（1）采用高分子聚苯乙烯磺酸钠( PSS) 修饰石墨烯氧 化物,利用 PSS 与石墨烯之间较强的非共价键作用阻止 石墨烯片的团聚，使该复合物在水中具有较好的溶解性
（2）通过星型聚丙烯腈中的三亚苯结构与石墨烯间的ππ相互作用，使星型聚丙烯腈吸附到石墨烯表面，从而得 到功能化的石墨烯材料，这种功能化的石墨烯材料能很好 的分散在DMF中，并且比较稳定
（3）利用 1-芘丁酸钠盐通过π-π作用对还原氧化石墨烯 进行了非共价键功能化，制备了浓度可达 0.2 mg/ml 的石 墨烯水溶液，解决了氧化石墨烯在还原过程中易于聚集沉 淀的问题
（1）化学稳定性较高、不亲水
（2）与其他介质的相互作用弱、难 溶于有机溶剂 （3）层与层之间有较强的范德华力， 容易产生聚集
二、石墨烯的共价键功能化
石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广 泛的功能化方法。虽然石墨烯的主体是稳 定的苯六元环结构，但其边缘及缺陷部位 有较高的活性，经氧化后的石墨烯表面含 有大量的活性环氧基团，如羟基、羧基等， 因此可以利用多种化学反应对其进行共价 键改性。从所用的改性剂可以将共价键功 能化分为有机小分子共价键功能化和聚合 物共价键功能化
3、氢键功能化
（1）利用氢键作用将抗肿瘤药物盐酸阿霉素( DRX)负载到 氧化石墨烯上。由于DRX中含有氨基和羟基，与氧化石墨烯 上的羧基和羟基形成多种氢键，不仅提高了石墨烯的溶解 性，还实现了有机分子在石墨烯上的负载
（2）同样利用氢键作用将盐酸阿霉素高效负载到氧化石墨 烯上，在控制药物在不同 pH 值下释放的同时，还对氧化 石墨烯上的吸附作用进行了分析。表明了盐酸阿霉素在酸 性条件下释放量最高，从而在生物医学方面更易控制药物 的释放
异是操方子可 氰异作法溶以 酸氰简对剂在 酯酸单反中 与酯且应均 石为反条匀等 墨剧应件稳多 烯毒效要定种 反物率求分极 应质高不散性 机图，高，非 理 但，该质 DMF 1
图1 异氰酸酯与石墨烯反应机理
2、聚合物共价键功能化
分散法：通过键接在石墨烯表面的引发单 体聚合，在石墨烯或者氧化石墨烯表面或 者边缘部位发生接枝聚合。氧化石墨烯的 聚合物共价键功能化方法中运用最多的是 原子转移自由基聚合(ATRP) 收敛法：通过聚合物上反应官能团与石墨 烯或氧化石墨烯上的官能团反应实现的， 在石墨烯上引入聚合物引发基团然后原位 生长聚合物，这种方法主要依赖于氧化石 墨烯表面的特定引发剂