石墨烯纳米材料在样品前处理中的研究进展

石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后发现的又一种新型碳同素异形体,独特的二维结构,良好的化学稳定性,优良的导电、导热、光学及机械性能,使其迅速成为物理、化学、材料、传感和生物医药等领域的研究热点.由于超大的比表面积(理论上可达2 630m2/g,石墨和碳纳米管分别是10和1 315m2/g)、完美的杂化结构以及大的π-π共轭体系,石墨烯基纳米材料在样品前处理及样品预富集领域也备受关注.本文综述了近年来石墨烯作为固相萃取、固相微萃取、磁性纳米及二氧化钛复合材料在环境、生物、食品、药物等样品制备领域的研究现状,为更好开发石墨烯基纳米材料在复杂和痕量样品前处理中的应用提供参考.     

MXenes基光催化剂制备的研究进展

二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内,使得这种材料展现出许多奇特的性质而受到广泛关注.二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物 (MXenes) 是一种新型的二维层状结构材料,具有高电子传导率、较大的比表面积、较好的机械性能以及独特的层状结构,已被广泛应用于储能、催化、环境等领域.该文主要阐述了MXenes基光催化剂的不同制备策略并总结了不同制备过程中的优缺点.最后,对MXenes基光催化剂及其复合材料在新兴领域的未来发展和研究方向提出了独特的见解和展望.     

硼化氮-石墨烯杂化单原子层电学性质的第一原理

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究二维六方硼化氮片（h-BN） 石墨烯杂化单原子层的电学性质. 结果表明: 三角形h-BN嵌入石墨烯中或三角形石墨烯片嵌入二维h-BN中均会在能带结构导带和价带中间引入带间态, 带间态的形态与杂化方式有关; 半导体性与导体性质可相互转变, 即该杂化结构的电子结构可通过不同杂化形式调制.     

突破最后瓶颈:质子辅助制备超平整石墨烯

石墨烯(即单原子层的石墨)由碳原子紧密堆积而形成二维蜂窝状结构,是构成其他碳材料的基本单元.2004年,英国曼彻斯特大学盖姆研究组利用胶带剥离块体石墨,首次解离出微米尺寸的石墨烯片层[1].石墨烯独特的晶体和能带结构,赋予其非凡的力、热、光和电学性能,具备非常高的研究价值,尤其是石墨烯中的载流子在输运过程中极少受到杂质...     

工业生产条件下石墨烯基二维材料的制备方法与表征分析

<正>石墨烯基材料结构特殊且具有多项优异的物化性能,因而被认为是最具应用潜力的新型二维碳纳米材料。多年以来,研究人员一直在探索石墨烯基二维材料的结构、制备方法以及表征,但在探索符合工业生产条件的大规模制备方法时,研究人员依然面临着巨大挑战。本文选取近年来应用最广泛的以石墨为基材制备石墨烯相关材料的三类方法,即剥离法、化学法和化学气相沉积法进行深入探讨,并运用拉曼光谱（Raman spectrum）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对石墨烯的层状纳米片进行表征分析。     

二维石墨烯制备方法研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体,是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元。石墨烯因具有独特的结构和优异的性能,吸引了不同领域科学家的关注,极具应用前景。对近几年石墨烯的主要制备方法进行了综述,对比了不同制备方法的优缺点,同时分析了石墨烯制备方法的发展趋势。     

氧化石墨烯: 一种用于癌症诊断与治疗的新型纳米试剂

癌症已经成为危害人类健康最大因素之一.将纳米粒子运用于癌症的诊断及治疗具有很大的应用前景.氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）是一种由单层碳原子以蜂窝状排列而成的二维碳纳米材料,同时在其碳平面上及其片状结构边缘分别含有丰富的羟基、环氧基和羧基等基团.因其极好的理化性质,GO已经在多学科领域中受到了广泛关注.本文综述了GO作为一种新型的纳米诊断治疗试剂在癌症研究中的应用.     

石墨烯电子能带结构的计算

基于碳原子的sp~2杂化理论和能带理论,运用紧束缚近似方法计算了石墨烯的能带结构,分析了石墨烯二维电子气的性质.     

低维碳材料

<正>低维碳材料主要指富勒烯、碳纳米管、石墨烯等新发现的碳元素的新型同素异形体。低维碳材料是过去30年来材料科学领域最重要的科学发现,具有极其重要的科学价值和应用前景,其中富勒烯和石墨烯分别于1996年和2010年相继获得诺贝尔化学奖和物理奖。由于独特的几何结构和以sp2杂化轨道为主的成键结构,低维碳材料集优异的电学、力学、热学、光学等性能于一体。例如:石墨烯和碳纳米管是已知最薄和最细的材料,具有     

石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学生物传感应用研究进展

作为单原子厚度的二维碳原子材料,石墨烯由于其特殊的结构和理化性能而成为目前碳基材料中的一个研究热点。为了进一步拓宽石墨烯的应用范围和提高石墨烯的应用能力,需要对石墨烯或其衍生物进行功能化修饰。本文主要综述了石墨烯的功能化方法及功能化石墨烯基纳米复合材料在电化学生物传感应用领域的研究进展。     

二维非金属材料光催化降解印染废水的研究进展

自2004年发现二维石墨烯以来,二维非金属材料因其丰富多样的性质受到广泛关注.该类材料具有极高的比表面积,可以作为光催化剂和电催化剂,为开发高效的可见光驱动的光催化材料提供了可能.该文综述了4种新型二维非金属材料:二维石墨烯、二维石墨相氮化碳、二维黑磷和二维氮化硼在光催化降解印染废水中的研究进展,并展望了未来的研究方向.     

石墨烯透明导电薄膜的研究进展

石墨烯是目前发现的唯一存在的二维原子晶体,在薄膜制备中具有很多优点,如高化学和机械稳定性、高透光率、良好的导电性、优异的柔韧性以及原料廉价等,因而被认为是制备透明导电薄膜最有前途的材料之一.文中主要针对单层石墨烯的制备以及石墨烯基透明导电薄膜的研究进展进行综述,并对其发展前景进行展望.     

掺杂石墨烯制备方法新进展

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,在平面内碳原子以sp2电子轨道杂化形成蜂巢状晶格结构,厚度只有0.34 nm,具备优异的光电性能.然而石墨烯价带和导带之间的带隙为零,这限制了其在纳米电子学中的应用.通过杂原子(如氮、硼、氟等)对石墨烯进行掺杂的方式,可以打开带隙使其成为n型或p型材料,调节其电子结构和其他内在性质,有效地改善或扩大其在各种领域中的应用.掺杂对石墨烯性能的影响主要取决于杂原子键合类型以及掺杂量.比如掺杂氮原子的石墨烯片将在晶格中产生吡啶氮、石墨氮以及吡咯氮这3种常见的键合结构,而不同氮的存在形式会对掺杂石墨烯的催化及电学特性产生影响.本文综述了近年来掺杂石墨烯的制备、性质和应用,比较了现有制备方法的优缺点,介绍了其在能量存储转换、光电器件以及传感器等方面的应用实例,分析总结了现有掺杂石墨烯材料的不足并展望了其未来的发展方向.     

sp~2杂化三维碳材料构建研究进展

sp~2杂化是碳碳成键的重要方式之一,利用其三重对称空间构型可以得到稳定的石墨结构和亚稳定的富勒烯、纳米碳管、石墨烯等碳纳米结构;未参与杂化的电子形成游离的π键,使得以上材料具有较好的电子导电性或其他独特的电学性质.因其优异的物理、化学、生物等特性,sp~2杂化碳材料,尤其是sp~2杂化纳米碳材料引起了巨大关注,有望在电子、能源、生物医疗、制药、功能材料等领域得到广泛应用.在已经进行的众多研究中,经常需要把上述碳纳米材料进行组装、构建成三维材料,从而在更大的尺度和空间中体现纳米基元的优异特性.本文综述了基于sp~2杂化的三维碳材料的最新进展,以构建方式和构建基元之间的相互作用为出发点进行相关评述.     

石墨烯和氧化石墨烯对细胞脂膜破坏作用研究

石墨烯作为一种新型材料不断受到关注,如何与生物分子(如蛋白质、细胞脂膜等)发生作用是其生物相容性方面的重要问题之一.石墨烯以sp2杂化的碳为主的成键方式,形成独特的二维结构,具有显著的疏水特征.细胞脂膜主要是由双亲的磷脂分子在水环境中自组装而成.早期实验组观察到石墨烯的抗菌现象,认为锋利的侧边可能会以类似于刀片的方式插入、切割细胞膜.在理论上,我们阐述了一种可能的石墨烯的细胞毒性的分子机理:石墨烯不仅会通过主动插入、切割细胞脂膜,而且会将大量的磷脂分子抽离细胞脂膜,从而破坏细胞膜的完整性导致细胞死亡;尽管氧化石墨烯表面分布着大量的亲水氧化基团,但氧化基团高关联分布特点致使氧化石墨烯有着类似的破坏细胞脂膜的能力.本文综述了石墨烯、氧化石墨烯纳米片与细胞脂膜相互作用的理论研究进展,着重阐述石墨烯和氧化石墨烯从细胞脂膜中大量地抽取磷脂分子的过程以及在此过程中环境水分子所起的关键作用.在石墨烯、氧化石墨烯和细胞脂膜的相互作用中所表现出的特点有可能是一种共性,也会出现在其他疏水特性的纳米材料(如纳米碳管、碳纳米线和大面积的富勒烯等)与细胞脂膜的相互作用过程中.     

三维结构化石墨烯及其复合材料

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因具有诸多优良的理化性质而广受关注.三维结构化石墨烯是通过对二维片状石墨烯材料进行弯曲、组装获得的一类结构材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性.基于三维石墨烯及其复合材料构建的器件在储能、传感、催化等方面表现出更为突出的性能.因而,制备和应用三维石墨烯材料已经成为当前的研究热点.文中介绍了三维石墨烯及其复合材料的结构类型,并简要评述了目前三维石墨烯材料应用中所面临的挑战和发展前景.     

高氮掺杂的层状碳催化剂用于芳香烃的选择性氧化

金属活性位点的浸出和聚集是传统金属负载型催化剂常见的问题.基于此,利用双氰胺与酞菁复合前驱体一步法热解合成了一系列不含金属的氮掺杂层状碳催化剂.通过透射电镜、X-射线粉末衍射和物理吸附仪等多种袁征手段证明合成的二维层状碳基催化剂具有比表面积高(246 m2/g～371 m2/g),氮含量丰富(质量分数约11.0％～33...     

小粒子,大前程

本期10大化学热点论文中,有关石墨烯的研究继续占据数量优势.然而,论文#6的研究内容却是将石墨烯化学与另一个热点领域——纳米化学结合起来.本文的研究工作是由太平洋西北国立实验室的刘军教授与普林斯顿大学的Ilhan Aksay教授共同完成的.论文#6的具体研究对象是二氧化钛-石墨烯杂化纳米晶体,该晶体可提高锂离子电池的性...     

二维硅基光子晶体结构的设计、制作和应用

从二维硅基光子晶体的设计出发,对介质柱和空气孔型光子晶体结构的加工、测试和其在禁带和慢光等领域的应用进行了分析说明,并进一步讨论了二维硅基光子晶体的其它潜在应用,为二维硅基光子晶体研究其应用指出了方向。     

非简谐振动对半导体基外延石墨烯热电效应变化规律的影响

本文建立了半导体基外延石墨烯的物理模型，考虑原子的非简谐振动，研究了它的杂化势以及热电势随化学势和温度的变化规律，探讨了原子非简谐振动对热电效应的影响. 对硅基外延石墨烯热电势的研究结果表明：简谐近似下，杂化势与温度无关；只考虑到第一非简谐项，杂化势随温度升高而增大；同时考虑到第一、第二非简谐项，则杂化势随温度升高而减小. 在给定温度下，外延石墨烯的热电势随化学势的变化在化学势为 处不具左右对称性，且在化学势为 eV附近有突变；给定化学势时，外延石墨烯热电势与单层石墨烯相似，均随温度升高而非线性减小，但外延石墨烯的值大于单层石墨烯的值；与简谐近似相比，非简谐效应会减小外延石墨烯热电势的值但减小量很小. 非简谐效应对热电势的影响随温度的升高而缓慢增大，大小在0.23%~0.25%之间.