功能化石墨烯的性能与应用

石墨烯是一种具有独特二维晶体结构的新型碳纳米材料,具有优异的力学、电学、光学和热学性能,但是在溶剂中难以分散限制了其在很多领域的应用.功能化石墨烯提高了分散性,充分发挥了石墨烯的优良性能,在储能、生物医药、传感器和复合材料方面具有光明的应用前景.综述了石墨烯和功能化石墨烯的制备方法、优良性能及其各领域的应用.     

非共价功能化石墨烯负载纳米铂的电催化氧还原

采用乙二醇微波辅助还原方法,制备了1,10-邻二氮杂菲非共价功能化石墨烯负载的铂纳米颗粒(Pt/Phen-G),并用SEM和XRD对其形貌和结构进行了表征.研究结果表明,铂颗粒均匀分散在1,10-邻二氮杂菲非共价修饰的石墨烯表面,粒径大约为2.3 nm,明显小于石墨烯上直接沉积的Pt纳米颗粒(Pt/G)的2.8 nm.硫酸中的循环伏安曲线也表明,Pt/Phen-G有更大的电化学活性表面积.用旋转圆盘电极对Pt/Phen-G和Pt/G电催化氧还原进行了测试,发现Pt/Phen-G催化氧还原的电位有所正移;在0.5 V(Vs.Ag/AgCl)电位下,当转速为1 225 r/min时,Pt/Phen-G的质量活性是Pt/G的1.4倍.     

化学气相沉积法在金属衬底上制备石墨烯及其H2刻蚀的研究进展

自2004年首次亮相以来,石墨烯由于其优异的电学、光学、机械和化学性能引起了科学界极大的兴趣.目前,化学气相沉积(CVD)法是制备石墨烯的重要并且最有效的方法之一,利用CVD法制备的石墨烯在不同领域有着广泛的应用.本文分析了石墨烯在金属Ni和Cu衬底上的生长机理,介绍了在Cu衬底上利用CVD法制备石墨烯的研究进展,同时,阐述了石墨烯的H2刻蚀现象及相关应用.研究石墨烯的H2刻蚀,能够进一步理解石墨烯的生长机理,更好的促进石墨烯在微电子等领域的发展.     

基于酪氨酸酶-氧化石墨烯的生物传感器的制备及应用

研制了基于酪氨酸酶和氧化石墨烯修饰丝网印刷电极的生物传感器,并用于水中邻苯二酚的测定1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯分子通过非共价的π-π堆积作用吸附到氧化石墨烯上,酪氨酸酶与1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯形成酰胺键,组装到氧化石墨烯上,制得纳米复合材料.该材料为酩氨酸酶的固定提供了有利的微环境,并且能很好地保持其生物活性.传感器对邻苯...     

石墨烯/无机纳米粒子复合材料的制备及其在生物医学领域的应用

石墨烯以独特的结构和优异的性能一经问世就引起了大范围的研究热潮,随着研究的深入,石墨烯/无机纳米粒子复合材料也成为了材料研究领域的新热点.生物医学领域是石墨烯/无机纳米粒子复合材料的重要研究方向.简述了当下石墨烯/无机纳米粒子复合材料的几种制备方法,重点介绍了其在生物医学领域的应用进展.     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

石墨烯的电子颤振

介绍了新型材料石墨烯的诸多优良性能和广阔的应用前景,总结了不同领域颤振现象的研究近况.指出了石墨烯电子颤振研究方法,分析了电子颤振的瞬态特性和稳态特性、用飞秒激光探测颤振的方案、颤振产生的机理,展望了石墨烯电子颤振的研究方向石墨烯与基底的自旋轨道耦合作用对电子颤振影响.     

石墨烯的制备、表征研究进展

石墨烯由于独特的单原子层二维结构及优异的性能,引起了众多学者研究兴趣,在材料、电子、化学、能源、生物医药等众多领域具有广阔的应用前景.通过查阅大量相关文献,总结了石墨烯的各种制备方法及其优缺点,概述了石墨烯的表征方法,展望了石墨烯巨大的应用空间,展示了石墨烯的研究方向,为后续研究石墨烯的工作提供了可借鉴的思路.     

多孔石墨烯的制备与应用研究进展

石墨烯由于其特殊的结构和优异的性能受到了科学界的广泛关注.许多研究者受石墨烯优异性能的启发,对石墨烯相关材料进行了广泛的实验和理论研究.多孔石墨烯是一类具有纳米级孔结构的石墨烯材料,在超级电容器、气体分离净化、储氢、DNA检测等领域具有广泛的应用前景.综述了多孔石墨烯材料的最新研究进展,总结了近年来国内外多孔石墨烯制备方法及其潜在应用,还对现有研究成果进行总结分析,并指出了当前仍待解决的问题,为今后工作提出了建议.     

石墨烯量子点的制备及其在食品安全领域的应用研究

石墨烯量子点(GQDs)是一种新型的荧光碳纳米材料,它不仅具备了石墨烯的优良特性,而且因量子点的量子限域效应和边界效应也具备了光致发光等石墨烯所不具备的性质,而且在细胞毒性、生物相容性等方面也有更好的表现.近年来,石墨烯量子点的应用领域已由材料学逐渐扩展到了医学、药学、生物学、环境学乃至食品安全领域.主要阐述了石墨烯量子点的制备方法以及在食品安全领域的应用前景.制备方法主要包括自上而下法(Top-down)和自下而上法(Bottom-up),其中自上而下法(Top-down)主要包括化学剥离碳纤维法、水热法和电化学法等;自下而上法(Bottom-up)主要包括溶液化学法、超声波法和微波法等.随着GQDs在各领域应用的不断深化,对其形貌和尺寸控制也提出了更高的要求,对合成方法中能精确控制GQDs形貌和尺寸的方法进行了介绍,并对各种方法的优缺点进行了对比.石墨烯量子点作为一种良好的荧光探针,在食品安全检测、重金属离子检测、生物毒素检测、医学指标检测和药物检测等领域具有非常广阔的应用前景.     

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。     

氧化石墨烯尺寸分级及细胞毒性研究进展

氧化石墨烯（graphene oxide, GO）是一种化学改性的石墨烯材料。作为化学法制备石墨烯的前驱产物,GO具有石墨烯固有的优异性能外,大量含氧官能团的存在还使其表现出两亲性,例如在诸多溶剂（尤其是水）中分散性能良好。不同尺寸的GO应用于不同领域。大尺寸GO因其结构完整,适用于于制备导电薄膜和整料。小尺寸GO因其优异的生物相容性和生物活性,常应用于生物医学领域。制备不同尺寸级别的GO,使其在不同领域中的应用发挥更好的作用很有必要。简单介绍了GO的制备方法及结构特性,重点总结了影响GO尺寸的因素、GO的尺寸分级方法以及GO细胞毒性的尺寸效应。     

Porous graphene: Properties, preparation, and potential applications

Graphene has recently emerged as an important and exciting material.Inspired by its outstanding properties,many researchers have extensively studied graphene-related materials both experimentally and theoretically.Porous graphene is a collection of graphene-related materials with nanopores in the plane.Porous graphene exhibits properties distinct from those of graphene,and it has widespread potential applications in various fields such as gas separation,hydrogen storage,DNA sequencing,and supercapacitors.In this review,we summarize recent progress in studies of the properties,preparation,and potential applications of porous graphene,and show that porous graphene is a promising material with great potential for future development.     

二维功能材料的生物学效应

继石墨烯被发现以来,因其稳定的二维结构和独特的物理化学性质,在材料、能源、环境、生物等领域展现出广泛应用前景,也已成为纳米生物医学的研究热点,被用于生物传感、细胞成像、药物运输、组织工程等领域.随后,具有类似结构的相关二维功能材料的研究也层出不穷、备受关注.本文综述了以石墨烯为代表的二维功能材料的生物学效应,并作出展望.     

石墨烯国际发展态势分析

石墨烯最早由英国曼彻斯特大学科学家于2004年成功制备,因其集优异的力学、热学、电学和磁学性能于一身,迅速成为近年来材料科学和凝聚态物理领域的研究热点之一。随着对其制备、性质研究的不断深入,应用领域日益扩大。该文主要从国际相关研究计划、相关科学研究进展、SCI论文统计分析等几个方面对石墨烯国际发展态势进行了分析,最后提出了我国石墨烯材料与技术的发展对策与建议。     

A review on hybridization modification of graphene and its polymer nanocomposites

Recently,graphene has attracted numerous interests from both fundamental and applied fields due to its excellent mechanical,thermal,electrical conductivity and other novel properties.This review gives an overview of recent progress on hybridization modifications of graphene with carbon nanomaterials.Some example applications of graphene-based nanohybrids in polymer composites,optical and conducting materials,high performance electrolyte materials and as well as other functional materials are summarized and discussed.     

Highly Sensitive and Portable Gas Sensing System Based on Reduced Graphene Oxide

Graphene has been widely used in gas-sensing applications due to its large specific surface area and strong adsorption ability. Among different forms of graphene used as gas-sensing materials, reduced graphene oxide is one of the most convenient and economical materials to integrate with Si-based electronics, which is very important to graphene-based gas sensors. In addition, the stacking structure of graphene oxide flakes facilitates absorption and detection of gas molecules. Based on reduced graphene oxide, a highly sensitive and portable gas-sensing system was demonstrated here. Solution-based graphene oxide was cast on a chip like a TF memory card and then reduced thermally. A signal acquisition system was designed to monitor resistance variation as a sign of gas concentration. This miniature graphene-based gas sensor array demonstrates a new path for the use of graphene in gas-detection technologies. And the creation of a sensitive and portable graphene gas sensor also shows great potential in fields such as medicine and environmental science.     

石墨烯银纳米线透明导电薄膜的制备进展

透明导电薄膜是触摸器件以及液晶显示器等的重要组成部分,制备透明导电薄膜的材料主要有金属氧化物、导电聚合物、碳材料、金属材料和复合材料等。其中,一维银纳米线和二维石墨烯材料制备透明导电薄膜具有光电性能优异、化学性能稳定和柔韧性好等特点,有望应用于柔性电子设备中。介绍了石墨烯银纳米线透明导电薄膜常用的制备方法：旋涂法、真空抽滤法、棒涂法、喷涂法、滴涂法等5种以及各种制备方法的优缺点;总结了石墨烯银纳米线复合薄膜的应用领域;展望了石墨烯银纳米线透明导电薄膜的发展前景。     

Unique synthesis of graphene-based materials for clean energy and biological sensing applications

Graphene has unique physical properties,and a variety of proof-of-concept devices based on graphene have been demonstated.A prerequisite for the application of graphene is its production in a controlled manner because the number of graphene layers and the defects in these layers significantly influence transport properties.In this paper,we briefly review our recent work on the controlled synthesis of graphene and graphene-based composites,the development of methods to characterize graphene layers,and the use of graphene in clean energy applications and for rapid DNA sequencing.For example,we have used Auger electron spectroscopy to characterize the number and structure of graphene layers,produced single-layer graphene over a whole Ni film substrate,synthesized well-dispersed reduced graphene oxide that was uniformly grafted with unique gold nanodots,and fabricated graphene nanoscrolls.We have also explored applications of graphene in organic solar cells and direct,ultrafast DNA sequencing.Finally,we address the challenges that graphene still face in its synthesis and clean energy and biological sensing applications.