石墨烯及其復(fù)合材料的制備及性能研究進(jìn)展

趙 遠(yuǎn)，黃偉九，2

(1.重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054;2.重慶市模具工程技術(shù)研究中心，重慶 400054)

自2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Geim教授［1］首次制備出石墨烯(Graphene)以來(lái)，其獨(dú)特的性質(zhì)就引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。石墨烯是單層碳原子緊密堆積而形成的炭質(zhì)新材料，厚度只有0.335 nm，是目前世界上最薄的二維材料，其C-C鍵長(zhǎng)約為0.142 nm［2］。石墨烯是構(gòu)建其他維數(shù)碳質(zhì)材料的基本結(jié)構(gòu)單元(如零維富勒烯C60、一維碳納米管CNT、三維石墨和金剛石)。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能:強(qiáng)度達(dá)130 GPa，比世界上最好的鋼高100倍，是目前強(qiáng)度最高的材料［3］;熱導(dǎo)率可達(dá) 5 000 W·m-1·k-1，是金剛石的 3 倍［4］;石 墨 烯 載 流 子 遷 移 率 高 達(dá)15 000 cm2·V-1·S-1，是商用硅片的 10 倍以上［5］。 石 墨 烯 還 有 超 大 的 比 表 面 積(2 630 m2/g)［6］、室溫量子霍爾效應(yīng)［7］和良好的鐵磁性［8］，是目前已知的在常溫下導(dǎo)電性能最好的材料，電子在其中的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)超過(guò)一般導(dǎo)體，達(dá)到了光速的1/300。由于石墨烯具有上述優(yōu)異的性能，使其有望在微電子、能源、信息、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景，將在21世紀(jì)掀起一場(chǎng)新的革命［9］。

目前制約石墨烯及其復(fù)合材料研究和應(yīng)用的因素主要有2個(gè):一是如何實(shí)現(xiàn)石墨烯規(guī)?；苽?二是如何實(shí)現(xiàn)石墨烯的可控功能化。本文對(duì)石墨烯的制備方法和石墨烯復(fù)合材料的性能研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并展望了其未來(lái)研究領(lǐng)域。

1 石墨烯的制備方法及性能

1.1 微機(jī)械分離法

微機(jī)械分離法是采用機(jī)械分離的手段獲得石墨烯的方法，即直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來(lái)。2004年，曼徹斯特大學(xué)Geim等［1］即采用機(jī)械法從高定向熱解石墨(HOPG)上剝離出單層石墨烯。他們?cè)贖OPG表面用氧等離子刻蝕微槽，并用光刻膠將其轉(zhuǎn)移到玻璃襯底上，用透鏡膠帶反復(fù)撕揭，爾后將玻璃襯底放入丙酮溶液中超聲清洗，并在溶液中放入單晶硅片，單層石墨烯會(huì)在范德華力作用下吸附到硅片表面。后來(lái)機(jī)械法簡(jiǎn)化為直接用膠帶從HOPG上揭下一層石墨，然后在膠帶之間反復(fù)粘貼，石墨片層會(huì)越來(lái)越薄(其中包含單層石墨烯)，再將膠帶貼在襯底上，單層石墨烯就轉(zhuǎn)移到襯底上了。Novoselov等［10］用微機(jī)械分離法制備了石墨烯。他們研究發(fā)現(xiàn)用另一種材料膨化或引入缺陷的熱解石墨進(jìn)行摩擦，體相石墨的表面會(huì)產(chǎn)生絮片狀的晶體，這些晶體中含有單層的石墨烯。Bunch等［11］將天然石墨絮片在二氯苯溶液中超聲處理，然后將溶液滴在表面附著氧化膜的硅晶片上，用異丙醇進(jìn)行洗滌，再在氮?dú)庵辛栏桑梢缘玫絾螌邮┢瑢有纬傻膸准{米厚的膜。Meyer等［12］將微機(jī)械分離法制得的含有石墨烯硅晶片放在經(jīng)過(guò)刻蝕的金屬架上，用酸將硅晶片腐蝕去除，制備出由金屬架支撐的懸空的單層石墨烯，此外用TEM發(fā)現(xiàn)單層石墨烯并不是平整的平面，而是有5～10 nm高度的褶皺。Meyer等［13］還研究了單層和雙層石墨烯表面的褶皺程度，發(fā)現(xiàn)單層石墨烯表面褶皺明顯大于雙層石墨烯，并且隨著石墨烯層數(shù)的增加褶皺程度越來(lái)越小，最后趨于平滑。Schleberger等［14］用微機(jī)械分離法在不同絕緣晶體基底上(SrTiO3，TiO2，Al2O3和CaF2等)制備出石墨烯，所制得的石墨烯單層厚度僅為0.34 nm，遠(yuǎn)低于在SiO2基底上制備得到的石墨烯。

目前微機(jī)械分離法是制備石墨烯最為簡(jiǎn)單直接的方法，且制備成本低，樣品質(zhì)量高，可獲得的石墨烯尺寸可達(dá)100 μm，但此法產(chǎn)量低且不可控，不能滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，而且從大片的厚層中尋找單層石墨烯比較困難，同時(shí)樣品中還存在少許膠漬，表面清潔度不高，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是目前應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模制備半導(dǎo)體薄膜的方法?；瘜W(xué)氣相沉積法為可控制備石墨烯提供了一種的有效方法，用該法制備石墨烯不需要顆粒狀催化劑，它是將平面金屬薄膜、金屬單晶等基底置于高溫可分解的甲烷、乙烯等前驅(qū)體氣氛中，通過(guò)高溫退火使碳原子沉積在基底表面形成石墨烯，再用化學(xué)腐蝕法去除金屬基底后得到石墨烯片。通過(guò)選擇基底的類型、生長(zhǎng)的溫度、前驅(qū)體的流量等參數(shù)可調(diào)控石墨烯的生長(zhǎng)速率、厚度和面積［15］。此方法已能成功制備出面積達(dá)平方厘米級(jí)的單層或多層石墨烯，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于可制備出面積較大的石墨烯［16］。

Srivastava等［17］用微波增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在Ni包裹的Si襯底上生長(zhǎng)出了20 nm厚的石墨烯，并研究了微波功率對(duì)石墨烯形貌的影響;研究發(fā)現(xiàn)，微波功率越大，石墨烯片越小，但密度更大;且發(fā)現(xiàn)石墨烯片中含有較多的 Ni元素。Dato等［18］研究了一種新型等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，用乙醇作為碳源，利用Ar等離子體合成了石墨烯。Kim等［19］用電子束蒸發(fā)的方法在SiO2/Si襯底上沉積了厚度小于300 nm的Ni薄膜，再把樣品放人石英管中，Ar作為保護(hù)氣體，加熱至1 000℃，然后通入甲烷、氫氣與氬氣的混合反應(yīng)氣體，利用氬氣使樣品以10℃/s的速率迅速降到室溫。研究發(fā)現(xiàn):此種方法生長(zhǎng)的石墨烯呈現(xiàn)一些皺褶，皺褶使得石墨烯的存在更加穩(wěn)定，且降溫速率對(duì)抑制更多層碳薄膜的形成和石墨烯從襯底上分離起著關(guān)鍵作用。Reina等［20］在用化學(xué)氣相沉積法在多晶Ni薄膜表面制備了尺寸可達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)的石墨烯;Ruoff［21］用化學(xué)氣相沉積法在Cu箔基底表面上制備了大面積、高質(zhì)量的石墨烯，且主要為單層石墨烯。張輝等［22］采用室溫下吸附乙烯結(jié)合高溫退火的方法在Ru(0001)表面上制備了單層石墨烯，并利用STM、XPS和UPS研究了石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程以及石墨烯的表面形貌和結(jié)構(gòu)。牛亮等［23］在Si/SiO2襯底上將磁控濺射鎳膜作為催化劑，利用化學(xué)氣相沉積制備了大面積連續(xù)的石墨烯薄膜，得到的石墨烯為1～15層，并將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到玻璃襯底和Si/SiO2襯底上，測(cè)量了薄膜的可見光透過(guò)率和薄膜電阻，討論了石墨烯作為透明導(dǎo)電電極在光電器件上的應(yīng)用。

用化學(xué)氣相沉積法可以制備出高質(zhì)量﹑大面積的石墨烯，但常用的基片材料單晶鎳的價(jià)格昂貴，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，影響了石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)。

1.3 SiC外延生長(zhǎng)法

SiC外延生長(zhǎng)法主要通過(guò)加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001)面上分解出石墨烯，其主要過(guò)程是將氧離子刻蝕的6H-SiC在高真空下用電子轟擊加熱去除氧化物，再將樣品加熱至1 300℃左右形成極薄的石墨層。石墨烯的層厚主要由加熱溫度決定［24］。

Berger等［25-26］用SiC外延生長(zhǎng)法制備出單層和多層石墨烯薄片并研究了其性能，研究發(fā)現(xiàn)在單晶SiC基底上經(jīng)真空石墨化可獲得超薄外延石墨烯，該方法能得到單一結(jié)構(gòu)的石墨烯。Heer等［27-28］將SiC置于 1 300℃和1.33×10-10Pa高真空下，將SiC薄膜中的Si原子蒸發(fā)出來(lái)，生成連續(xù)的石墨烯薄膜。研究發(fā)現(xiàn)這種方法制備的石墨烯薄膜厚度僅為1～2碳原子層，制備出的石墨烯薄膜遵循狄拉克方程，具有高的載流子遷移率，但沒有表現(xiàn)出量子霍爾效應(yīng)，且石墨烯表面的電子性質(zhì)受SiC襯底的影響很大。唐軍等［29］采用高溫退火的方法在6H-SIC(0001)表面外延生長(zhǎng)石墨烯，并研究了退火時(shí)間對(duì)外延石墨烯形貌和結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn):不同退火時(shí)間的樣品在SiC衍射條紋的外側(cè)都出現(xiàn)了石墨烯的衍射條紋;外延石墨烯的厚度隨退火時(shí)間增加而增大，且樣品孔洞減少、表面更加平整。

SiC外延生長(zhǎng)法可獲得單層(或多層)、大面積的石墨烯，但是制備條件苛刻，需要高溫和超高真空，且SiC材料昂貴，限制該方法的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

1.4 氧化石墨烯還原法

氧化石墨烯還原法是將石墨轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸賹⒀趸┻€原制備石墨烯。該方法所需原料石墨價(jià)廉、易得且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，是目前最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備石墨烯的方法。

Schniepp等［30］用濃鹽酸、濃硝酸及過(guò)量的氯酸鉀作為氧化劑，使鱗片石墨充分氧化96 h，爾后在充滿氬氣的容器中以大于2 000℃/min迅速升溫至1 050℃，含氧基團(tuán)產(chǎn)生二氧化碳將石墨片層與片層剝離開。剝離開的氧化石墨表面積高達(dá)700～1 500 m2/g，單層氧化石墨直徑約500 nm，層厚1.1 nm。Stankovich等［31］研究了化學(xué)還原剝離的氧化石墨制備石墨烯薄片。研究發(fā)現(xiàn):石墨烯片具有和初始石墨相似的性質(zhì)，且比表面積高;氧化石墨烯經(jīng)還原后會(huì)產(chǎn)生不飽和的、共軛的碳原子，使電導(dǎo)率顯著增加，因此還原后的氧化石墨烯可應(yīng)用于儲(chǔ)氫材料或作為電傳導(dǎo)填充料應(yīng)用在復(fù)合材料領(lǐng)域。Li等［32］通過(guò)用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，控制石墨層間的靜電作用，制備出在水中穩(wěn)定分散的石墨烯懸浮液，其電導(dǎo)率達(dá)到7 200 S/m。Si等［33］通過(guò)間歇性還原制備了水溶性的石墨烯，即先用NaBH4對(duì)氧化石墨進(jìn)行部分還原，然后在部分還原的氧化石墨上引入苯磺酸基團(tuán)，再用水合肼進(jìn)行徹底的還原得到石墨烯。該方法制備的石墨烯在濃度為2 mg/mL以下時(shí)能夠穩(wěn)定分散在pH為3～10的水中。Geng等［34］研究了納米石墨薄片和石墨烯薄片的制備方法:先將天然石墨片用超聲波在甲酸中直接進(jìn)行剝離，再經(jīng)過(guò)2個(gè)步驟:①納米石墨片(GNPs)化學(xué)氧化變成氧化石墨薄片(GONPs);②氧化石墨薄片化學(xué)還原成石墨烯;用已制備出的GNPs可以得到穩(wěn)定分散在水中的石墨烯。陳成猛等［35］研究了有序石墨烯導(dǎo)電炭薄膜的制備，采用Hummers法合成氧化石墨，在水中超聲分散獲得氧化石墨烯水溶膠，通過(guò)微濾法使氧化石墨烯片定向流動(dòng)組裝，制得氧化石墨烯薄膜，再通過(guò)化學(xué)還原和熱處理使所制氧化石墨烯薄膜脫氧，可制得電導(dǎo)率為184.8 S/cm的石墨烯導(dǎo)電炭膜。楊常玲等［36］研究了石墨烯的制備及其電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)氧化石墨在水溶液中可剝離成單片層結(jié)構(gòu)，石墨烯聚集物比表面積為358 m2/g，在 10 mA恒流下充放電，比電容為138.6 F/g，充放電容量效率為98%。以5～50 mV/s掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，石墨烯電極表現(xiàn)出良好的雙電層電容器性能。謝普等［37］用Hummers法將天然鱗片石墨制備成氧化石墨，用聯(lián)氨對(duì)其還原，制備出石墨烯，發(fā)現(xiàn)制備的石墨烯具有無(wú)序的晶型、長(zhǎng)厚比大等特點(diǎn)。

雖然采用氧化石墨烯還原法使石墨烯的電子結(jié)構(gòu)及晶體的完整性受到強(qiáng)氧化劑作用產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，使其電子性質(zhì)受到影響，一定程度上限制了其在精密微電子領(lǐng)域的應(yīng)用，但是氧化石墨烯還原法簡(jiǎn)便且成本較低，可以制備出大量石墨烯，且有利于制備石墨烯衍生物，可有效拓寬石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 石墨烯復(fù)合材料

石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和力學(xué)性能，可作為制備高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的理想納米填料，同時(shí)分散在溶液中的石墨烯也可和聚合物單體相混合形成復(fù)合材料體系，此外石墨烯的加入使復(fù)合材料多功能化，不但表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，且具有優(yōu)良的加工性能，為復(fù)合材料提供了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。但是結(jié)構(gòu)完整的石墨烯是由不含任何不穩(wěn)定鍵的苯六元環(huán)組合而成的二維晶體，化學(xué)穩(wěn)定性高，其表面呈惰性狀態(tài)，與其他介質(zhì)(如溶劑等)相互作用較弱，且石墨烯片與片之間存在較強(qiáng)的范德華力，容易產(chǎn)生團(tuán)聚，使其難溶于水和常用有機(jī)溶劑，限制了石墨烯的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。而氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能團(tuán)，如羥基、羧基等，這些官能團(tuán)使得改性石墨烯成為可能。石墨烯氧化物是大規(guī)模合成石墨烯的起點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)石墨烯功能化的最為有效的途徑之一，可通過(guò)將氧化石墨烯作為新型填料來(lái)制備功能聚合物納米復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，以改善納米復(fù)合材料的力、熱、電等綜合性能。目前研究的石墨烯復(fù)合材料主要有石墨烯/聚合物復(fù)合材料和石墨烯/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料兩類，其制備方法主要有共混法、溶膠-凝膠法、插層法和原位聚合法。

2.1 石墨烯/聚合物復(fù)合材料

石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備主要采用共混法，它通過(guò)聚合物與石墨烯納米粒子共混后制成。Stankovich等［38］將經(jīng)過(guò)化學(xué)修飾的石墨烯在聚合物中以分子尺度分散制備出石墨烯-聚合物復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有較低的導(dǎo)電滲閾值，在體積分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)下即可導(dǎo)電。在石墨烯體積分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)0.1 S/m，2.5%時(shí)達(dá)1 S/m。張好斌等［39］對(duì)微孔PMAA/石墨烯導(dǎo)電納米復(fù)合材料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)極少量均勻分散的石墨烯即能顯著改變材料泡孔結(jié)構(gòu)，與純發(fā)泡材料相比，石墨烯含量?jī)H為0.1wt%的微孔PMAA/石墨烯納米復(fù)合材料，其泡孔直徑由37.2±12.5 μm 減小到 8.12 ±2.3μm，泡孔密度則從 9.87 ×107個(gè)/cm3增大到 7.27×109個(gè)/cm3，增長(zhǎng)了近2個(gè)數(shù)量級(jí)，為制備綜合性能優(yōu)異的微孔發(fā)泡材料提供了基礎(chǔ)。

黃毅等［40-41］通過(guò)溶液共混制備了石墨烯增強(qiáng)的聚氨酯復(fù)合材料和聚乙烯醇(PVA)復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn):在石墨烯含量為1%時(shí)，聚氨酯復(fù)合材料的強(qiáng)度提高75%，彈性模量提高120%;而添加0.7wt%的石墨烯，聚乙烯醇復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度就提高76%，彈性模量增加62%。利用石墨烯復(fù)合薄膜材料制備了紅外光誘導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)器，該器件具有優(yōu)異的光驅(qū)動(dòng)性能及循環(huán)穩(wěn)定性。Fan等［42］利用石墨烯的高比表面積和高電子遷移率，制備了聚苯胺石墨烯復(fù)合物，該復(fù)合物的比電容達(dá)到 1 046 F/g，遠(yuǎn)高于純聚苯胺的比電容115 F/g。Ramanathan 等［43］研究了功能化的石墨烯聚合物納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn):石墨烯的加入有助于克服聚合物粒子之間的相互作用，可提高聚合物的模量、強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱分解溫度，其效果與單壁碳納米管相當(dāng);如加入1wt%的石墨烯薄片，聚丙烯腈的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高40℃，在加入0.05wt%石墨烯薄片，聚甲基丙烯酸甲酯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高近30℃。Liang等［44］制備了石墨烯(15wt%)/環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料，其電磁屏蔽效應(yīng)基本達(dá)到了商業(yè)應(yīng)用要求。

Ansari等［45］用熱還原得到的石墨烯與聚偏二氟乙烯在DMF溶液中進(jìn)行復(fù)合，樣品經(jīng)熱壓成型制備得到石墨烯/聚偏二氟乙烯納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn):熱還原得到的石墨烯有利于聚偏二氟乙烯形成β型晶體;樣品比純聚偏二氟乙烯的熱穩(wěn)定性要好;含石墨烯4%的復(fù)合材料彈性模量比純聚偏二氟乙烯提高了近2倍;石墨烯/聚偏二氟乙烯納米復(fù)合材料的電滲濾閾值僅為2%，其電阻率隨溫度的升高反而降低，而通過(guò)石墨超聲剝離而得到的石墨烯與聚偏二氟乙烯的復(fù)合材料電阻率隨溫度的升高而升高。楊波等［46］研究了石墨烯/苯丙乳液復(fù)合導(dǎo)電膜，研究發(fā)現(xiàn):石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，能夠均勻分散，復(fù)合導(dǎo)電膜的表面電阻率達(dá)到0.29 Ω·cm;增加石墨烯用量，會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚，表面電阻率略有升高;復(fù)合導(dǎo)電膜中添加少量納米銀顆粒，導(dǎo)電性提高2個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.2 石墨烯/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料

石墨烯/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料是無(wú)機(jī)納米材料(金屬納米材料、半導(dǎo)體和絕緣納米材料)在石墨烯納米層表面形成石墨烯衍生物。石墨烯與特定功能顆粒結(jié)合，使其在催化劑、光學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

Watcharomne等［47］用溶膠 -凝膠法制備了石墨烯/SiO2納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn):導(dǎo)電率和石墨烯的添加量有關(guān)(導(dǎo)電率在(8.0±0.9)×10-4S/cm～(0.45±0.06)S/cm，對(duì)應(yīng)的添加量為3.9%～11wt%)，而且經(jīng)400℃熱處理后的樣品導(dǎo)電率增大;氧化石墨烯/SiO2納米復(fù)合材料的透射率很好，氧化石墨烯經(jīng)還原后復(fù)合材料的透射率減小。張曉艷等［48］研究了TiO2/石墨烯復(fù)合材料的合成及光催化分解水制氫的活性。研究發(fā)現(xiàn):石墨烯的引入有利于提高TiO2的光催化分解水制氫活性，在紫外-可見光照射下，TiO2/石墨烯復(fù)合光催化劑的光解水制氫活性是商業(yè)P25的光解水制氫活性的近兩倍。復(fù)合材料中的石墨烯可傳導(dǎo)光照TiO2產(chǎn)生的電子，提高電子空穴對(duì)的分離效率，從而提高紫外-可見光下TiO2/石墨烯復(fù)合材料的光解水制氫活性。

Chao 等［49］采用溶液混合法制備了 Pt、Pd、Au與石墨烯的納米復(fù)合材料。Ryan等［50］制備出石墨烯/金納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)Au納米粒子在石墨烯片上分散極好，可以應(yīng)用在催化劑、光電材料、磁性材料等領(lǐng)域。Paek等［51］制備出石墨烯-SnO2復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn):石墨烯能夠起到電子傳遞通道的作用，該復(fù)合材料提高了鋰離子電池負(fù)極材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，其比熱容可以達(dá)到810 mAh·g-1，而純 SnO2的比熱容為550 mAh·g-1;石墨烯-SnO2復(fù)合材料在循環(huán)30次以后，比容量仍可保持到570 mAh·g-1，而純SnO2的比容量在循環(huán)15次以后就會(huì)降到只有60 mAh·g-1。Xu 等［52］制備了石墨烯 - 金屬(Au、Pt、Pd)納米復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯-Pt復(fù)合材料可作為直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑。郝亮等［53］研究了石墨烯/氫氧化鎳復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物在放電狀態(tài)下出現(xiàn)了一個(gè)放電平臺(tái)，復(fù)合物具有較大的比電容，在0.25Ag-1的電流密度下，其比電容達(dá)到了 1 370Fg-1。張燾等［54］制備了性能優(yōu)異的NaNO3-LiNO3/石墨烯復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，并利用DSC，MDSC研究了石墨烯的添加對(duì)NaNO3-LiNO3相變熱、峰值溫度、導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性的影響;研究發(fā)現(xiàn)石墨烯的添加使得混合鹽的相變熱略有減少，但相變峰值溫度降低了2.16℃，導(dǎo)熱系數(shù)提高了268.8%。呂維強(qiáng)［55］制備了不同負(fù)載量的石墨烯-納米銅(銀)復(fù)合材料，納米銅(銀)充當(dāng)層間阻隔物。研究發(fā)現(xiàn):負(fù)載納米銅(銀)后的石墨烯層間距變大，當(dāng)銅負(fù)載量為39wt%，其比電容量達(dá)到最高值67.95 mAh/g，儲(chǔ)氫量為0.25%，儲(chǔ)氫性能提高，但負(fù)載銀的樣品儲(chǔ)氫性能下降。湯正林［56］研究了SnO2-石墨烯復(fù)合負(fù)極材料。柏大偉［57］利用水熱法制備出石墨烯-Co(OH)2復(fù)合材料，并探索了其充放電機(jī)理，得到首次質(zhì)量比容量為1 519.8 mAh/g、庫(kù)倫效率70.3%，且具有良好循環(huán)穩(wěn)定性的鋰離子電池負(fù)極材料。

王麗［58］研究了石墨烯/氧化亞錫納米復(fù)合材料在鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn):這種材料克服了石墨烯作為負(fù)極容量不夠理想的問(wèn)題和氧化亞錫納米花作為負(fù)極容量衰減快的問(wèn)題，可以作為一種高容量、衰減慢的高性能鋰離子電池負(fù)極材料。張瓊等［59］研究了氧化鈦/氧化石墨烯復(fù)合材料的光催化性能，發(fā)現(xiàn)采用該復(fù)合材料對(duì)甲基橙溶液進(jìn)行紫外光催化降解時(shí)，其降解效率η=1.16 mg·min-1·g-1，明顯優(yōu)于同等條件下P25粉的降解率η=0.51 mg·min-2·g-1。

3 結(jié)束語(yǔ)

石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能，有望在高性能納米電子器件、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器、能量?jī)?chǔ)存材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。石墨烯的研究持續(xù)升溫，新的發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，但以下幾個(gè)方面仍是石墨烯研究中值得重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域:①發(fā)展成本低廉、層數(shù)和性能可控的大規(guī)模石墨烯制備技術(shù);② 發(fā)展石墨烯精確表征技術(shù)和方法;③加強(qiáng)對(duì)石墨烯化學(xué)特性的研究，尤其是在石墨烯的化學(xué)修飾、表面改性、衍生化等領(lǐng)域還期待有更多的突破，以拓展對(duì)石墨烯功能及應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)知;④加強(qiáng)石墨烯可控功能化研究，開發(fā)基于石墨烯納米填料的多功能復(fù)合材料，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。

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