【正文】 烯為獨立的單層石墨烯片：產(chǎn)量高，應用廣泛。 超聲波在氧化石墨懸浮液中疏密 相間地輻射，使液體流動而產(chǎn)生數(shù)量眾多的微小氣泡。 另外，石墨烯氧化物片的大小可以通過超聲功率的大小及超聲時間的長短進行調(diào)節(jié)。 將上述過程制得的石墨氧化物用玻璃注射器按 1min100 ??L? 的速度注入填滿二次水的水槽里，由張力計監(jiān)控表面壓力，壓制速率為 20 12 min??m 。此法可獲得厚度約為 1nm，面積較大的石墨烯氧化物片層?；瘜W還原法中常用的還原劑有硼氫化鈉、肼等，化學還原法可有效地將石墨烯氧化物還原成石墨烯，除去碳層間的各種含氧基團，但得到的石墨烯易產(chǎn)生缺陷 ，因而其導電性能達不到理論值。 控制掃描電內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 10 位從 至 V 進行線性伏安掃描，即可將石墨化物還原成石墨。熱還 原是在 N2 或 Ar 氣氣氛中對石墨氧化物進行快速高溫熱處理，一般溫度約為 1000 ℃，升溫速率大于 2021 1min??℃ ，使石墨氧化物迅速膨脹而發(fā)生剝離，同時可使部分含氧基團熱解生成 CO2，從而得到石墨烯。除上述方法外， 還可通過在光催化劑 TiO2 的存在下紫外 光照射還原以及 N2氣氛下氙氣燈的快速閃光光熱還原石墨氧化物得到石墨烯 [21]。將有機大分子離子化，經(jīng)質(zhì)譜儀純化后再沉積到襯底上，在一定條件下莊華成規(guī)則的石墨烯超分子結(jié)構(gòu)。 溶劑熱法 ：在一個密封容器中，有機溶劑和堿金屬首先發(fā)生反應生成中間相，高溫裂解后即可生成克量級的石墨烯。 氣相法 氣相法是指在氣態(tài)或等離子太中直接生長石墨烯的方法，包括化學氣相沉淀法、電弧放電法等。利用金屬 碳固溶體或碳化物中的過飽和碳沿晶體臺階析出在特定晶面上形成石墨烯。薄膜課轉(zhuǎn)移到其他襯底上，比個能夠保持原有的透光性和導電性。 化學氣相沉淀法：是貯備碳納米管管廣泛采用的方法，有點是批量化，在一定程度上能夠?qū)μ寄蠠o掛個的結(jié)構(gòu)進行控制。 等離子增強：目前，等離子增強技術(shù)發(fā)展很快，在常壓下即可操作。在利用傳統(tǒng)的化學氣相沉淀技術(shù)的同時，也可借鑒碳納米管制備工藝，輔助以等離子曾倩技術(shù)，實現(xiàn)石墨烯的低溫合成。火焰法是一種自蔓延過程，反應物既充當燃料提供反應能量，又充當物料提供反應物，反應一次性完成，具有設備有工藝過程簡單、節(jié)約能源、速度快、產(chǎn)量高等特點?；鹧婵梢援a(chǎn)生高溫和大量的碳原子團簇，在設當?shù)墓に嚄l件下可以制備富勒烯、碳納米管、非晶碳薄膜等納米碳材料。以惰性氣體或氫氣為緩沖氣體，兩個電極石墨間形成等離子電弧。電弧法曾被用于制備薄層石墨片。 其它方法，除以上一些制備方法外，還有一些其它的方法也能用于制備石墨烯。 ODCB 作為分散劑，具有沸點高，與石墨烯之間存在的π π相互作用使其表面張力與石墨剝離時所需的張力 ））（（ 23105040 ??? mJ相近等優(yōu) 點，在超聲的輔助下，可以很容易地從微晶人造石墨、熱膨脹石墨以及高取向熱解石墨等表面剝離開石墨烯片，但該法很難制備出單層的石墨烯。 綜上所述，石墨烯的制備思路可歸納為： （ 1）自下而上地限定的基底上利用小分子碳源原位生長出石墨烯，如化學氣相沉淀法。有機合成法的工藝相對復雜，涉及有機物大分子的激光解吸 與電離，不易控制，且成本較高。機械剝離法的優(yōu)勢在于操作簡便，成本低，但產(chǎn)量極低。靜電沉積法可以通過控制電壓的大小直接控制石墨烯的層數(shù)，制備出的石墨烯結(jié)構(gòu)十分緊接，幾乎沒有缺陷，工藝也較為簡單，但需要幾千伏的高壓，產(chǎn) 量極低，一般不被采用。碳納米管轉(zhuǎn)化法的產(chǎn)率較高，可批量獲得尺寸可控、邊緣整齊的石墨烯納米條帶。計算中，硅制備的電子器件發(fā)熱很厲害，嚴重影響了計算機的運算速度，而電子在石墨烯中受到的阻力幾乎為零，產(chǎn)生的熱量非常少，而且，石墨烯本身也是良好的熱導體所以會很快散發(fā)熱量。石墨烯有望取代硅成為納米電路的理想材料，進入人們所期待的“后硅時代”。傳統(tǒng)的液晶顯示器用氧化銦錫（ ITO）作為透明電極，但氧化銦錫很稀有，價格昂貴，很容易破碎，且不穩(wěn)定，會釋放有毒的粒子。所以，石墨烯制備工藝成熟以后，石墨烯取代氧化銦錫成為透明電極材料也是必然的。超級電容器就是一個高效的儲能體系，具有容量大、功率高、壽命長等優(yōu)點。單層石墨烯的比表面積為 gm22630 ，而一般有缺陷的石墨烯比表面積更高，所以可以通過在石墨烯中營造孔隙來進一步提高比表面積 [2427]。在制備工藝方面，制備用于實驗的石墨烯樣品雖已不是問題，但大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的工藝還待改進。研究人員和工業(yè)界將石墨烯看作硅的替代品，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 13 用以生產(chǎn)未來的超級計算機?？扑固貋單覀兊墓ぷ饕呀?jīng)證明了這種方法的可行性，已經(jīng)打開制造石墨烯化學衍生物的閘門，這將進一步拓寬石墨烯的應用空間”。這些新型超薄材料具有不同導電性能。同時，對類石墨烯的研究和應用，也極大地拓展了石墨烯的應用和發(fā)展，顯示了其強大的生命力。 傳感器 石墨烯的二維結(jié)構(gòu)使得它在層狀材料中的比表面積最大，表面部位與體相間無區(qū)別，這對高明敏感性必不可少，這種材料已成為其它納米材料傳感器實施背后的主要推動力。二維石墨烯的獲得使設計和制備石墨烯導向的電極并使其運用在電化學傳感器和生物傳感器中成為可能。 （ 1）電化學傳感器 石墨烯裝置作為氣體傳感器的工作原理是基于由表面吸附物引起的電導率的變化，這些表面吸附物作為受體或供體與它們的化學性質(zhì)、優(yōu)先吸附面及周圍氣氛有關(guān)。 Geim組證明吸附分子，如 NO H2O、 CO 和 NH3， 可以改變石墨烯的局部載流子濃度，導致電阻變化；因此，當氣體分子，如 NO2 從石墨烯表面吸附或脫附時，微米級石墨烯氣體傳感器可以檢測單個分子。他們發(fā)現(xiàn)傳感器中化學響應的主要機理是非分析物與石墨烯之間的電荷轉(zhuǎn)移，而電觸頭的作用有限?；谑珒?nèi)蒙古科技大學畢業(yè)論文 14 烯的碳糊電極及金屬氧化物 /石墨烯納米復合材料傳感器在抗壞血酸（ AA）的存在下檢測多巴胺（ DA），結(jié)果表明選擇響應性良好，靈敏度高 [2830]。因此，將酶或蛋白質(zhì)固定在石墨烯及石墨烯基材料表面，制備石墨烯基生物傳感器是又一個應用點。在 M? H2O2 溶液中，經(jīng)過幾個重復測試，其標準偏差為 %；經(jīng)過 90min 的連續(xù)循環(huán)伏安測試， H2O2 還原峰值電流仍為初始值的 %。 電化學催化 石墨烯基材料的電催化作用來自兩個不同途徑。 Li 等證明非共價鍵功能化鐵酞菁 墨烯納米材料在 Fe(CN)6 還原系統(tǒng)中表現(xiàn)出快速電子傳遞動力學，在異煙肼和尿酸的氧化中表現(xiàn)出增強的電催化作用，且石墨烯可以促進玻璃碳電極和電活性中心之間的電子轉(zhuǎn)移。另一方面，在石墨烯上沉積無機金屬，尤其是貴金屬納米顆粒，形成石墨烯衍生物，由于貴金屬納米顆粒有著極好的催化活性，因此形成的石墨烯衍生物呈現(xiàn)出新的電催化性質(zhì)。 電化學發(fā)光 電化學發(fā)光是一種通過電化學激發(fā)反應產(chǎn)生化學發(fā)光的現(xiàn)象。當石墨烯進入傳感器平臺，它可以充當發(fā)光團和電極之間的通路。鄧盛元等采用原位電化學還原法制備了量子點 石墨烯納米復合物，其改善了量子點自身面臨的電致化學發(fā)光強度不高且缺乏穩(wěn)定性的缺 陷 [32]。 能量存儲裝置 石墨烯和石墨烯基材料導電性好、比表面積高、透明度高、電位窗口寬，因此，它們成為能量轉(zhuǎn)換裝置中一種極有前途的電極材料。 LIBs 是一個引進鋰離子的供電裝置，由陽極、電解質(zhì)、陰極組成。因此，為使電池有 更高的能量密度、更好的性能，在探索新的陽極電極材料或設計新的納米結(jié)構(gòu)的陽極電極材料方面已作出許多嘗試。例如， Paek 等證明具有三維分層柔韌結(jié)構(gòu)的 SnO2/石墨烯納米孔電極循環(huán)性能和鋰存儲容量提高。與裸露 SnO2 電極相比， SnO2/GNS 電極的可逆容量提高，循環(huán)性能優(yōu)化。 Mǔllen 組報道了透明導電超薄石墨烯薄膜代替固態(tài)染料敏化太陽能電池（ DSSCs）中常用的金屬氧化物窗口電極。 場效應晶體管 場效應晶體管（ FETs）在大規(guī)模、靈活、低成本電子學中有潛在的應用，因而在過去的數(shù)十年中已引起研究者們的注意。石墨烯本質(zhì)上是半金屬或零帶隙半導體、具有很高的載流子遷移率，電子在石墨烯中的傳導速度比硅快很多，而且不受溫度的影響，這些優(yōu)異的結(jié)構(gòu)、電子和物理性質(zhì)實現(xiàn)了石墨烯在場效應晶體管中的直接應用。例如，中國科學院長春應化所在石墨烯研究方面獲得系列進展，他們從基礎(chǔ)和應用基礎(chǔ)研究入手，圍繞石墨烯的制備、化學修飾、性能研究等，開展了系列卓有成效的研究工作，并積極探索其在眾多領(lǐng)域的應用，取得了系列創(chuàng)新性的研究進展，不但在石墨烯的制備、化學修飾、性能研究等方面取得了長足進步，還研制開發(fā)出多種高強度、高韌性樹脂材料等。 2021 年 12 月 7 日在南開大學舉行了“石墨烯／單層石墨研 討會”，就石墨烯／單層石墨研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 (制備、表征、性質(zhì)及應用探索 )進行了深入探討，使我國在該領(lǐng)域向更高的學術(shù)和研究水平更邁進了一步。利用透射電子顯微術(shù)對石墨烯進行表征并進行了深入的晶體結(jié)構(gòu)分析。中國科學院化學所的研究人員探索 了一種制備圖案化石墨烯的方法，以圖案化的金屬層作為催化劑制備了圖案化的石墨烯，并成功地將其應用于有機場效應晶體管電極。低的載流子注入勢壘和良好的電極半導體接觸是器件具有高性能的主要原因。中科院蘭州化學物理研究所的科研人員最近在石墨烯一非晶碳復合薄膜的制備研究方面取得新進展。初步研究結(jié)果表明，非晶碳納米顆粒的介入在不犧牲石墨烯薄膜高導電性的前提 下極大地改善了膜基結(jié)合強度。大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室納米和界面催化研究組，在多年碳材料研究的基礎(chǔ)上發(fā)展了一條以商品化碳化硅顆粒為原料，通過高溫裂解規(guī)模制備高品質(zhì)石墨烯材料的新途徑，對實現(xiàn)石墨烯的實際應用具有重要意義。值得一提的是，我國科學家率先實現(xiàn)基于石墨烯的各向異性刻蝕 技術(shù)，這是我國科學家在該研究領(lǐng)域中獨具特色的工作，相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在國際知名雜AdvancedMaterials 上 [34]。石墨烯納米晶體管的成功制備預示了石墨烯是未來納米電子器件極有前景的材料。隨著碳材料性能的不斷改進，使得其逐漸成為能源領(lǐng)域的主導。韓國成均館大學洪秉熙領(lǐng)導的一個研究組生產(chǎn)出了高純度石墨烯薄膜，還把它們貼在透明可彎曲的聚合物上，制成了一個透明電極 —— 這算得上是化學氣相沉積法制造石墨烯迄今取得的最大成就之一。美國加州大學洛杉磯分校研究人員開發(fā)了制造石墨烯和碳納米管混合材料的新方法，該混合材料有望作為太陽能薄膜電池和家用電器設備的透明導體，比現(xiàn)在使用的具有相同功能的其他材料更具柔軟性且價格更低?？组g石墨烯的寬度最小可以達到 5nm。 美國科學家使用普通的蔗糖制造出了純凈的石墨烯，用這種石墨烯可以研制出更輕、更快、更廉價、更緊實柔韌的計算機電子設備，可廣泛運用于軍用飛機和醫(yī)療領(lǐng)域。研究人員在硅襯底上制作了石墨烯薄膜，將紅外線照射到石墨烯薄膜上，只需很短時間就能放射出太 赫茲光。 2021 年 12 月 1 日在美國召開的材料科學國際會議上，日本富士通研究所宣布，他們用石墨烯制作出了幾千個晶體管。 目前，石墨烯的研究開始轉(zhuǎn)入如何降低成本并大規(guī)模制備方面，石墨烯的具體應用方面的研究同時也在廣泛展開，對于石墨烯作為電極材料，在電化學電容器 EC 中的應用，已經(jīng)顯示出了良好的前景 [36]。尤其是隨著近年來石墨烯制備技術(shù)的不斷發(fā)展，大大降低了石墨烯的應用成本，為石墨烯的環(huán)境應用提供了無限可能。為了更加深入的研究石墨烯的環(huán)境應用能力特別是吸附特性，本研究采用氧化還原法制備石墨烯，并用真空干燥的方式獲得比表面積較高的石墨烯，以此樣品作為吸附劑在不同條件下研究了其對水中亞甲基藍燃料與四環(huán)素的吸附性能，并對其實驗結(jié)果進行了詳細 分析。人們需要大量的石墨化程度高、結(jié)構(gòu)完整的石墨烯作為催化劑負載材料。氧化 — 還原法的缺點是所使用的強酸和強氧化劑能夠破壞其完整的結(jié)構(gòu) ，一定程度上限制了其在某些領(lǐng)域中的應用。在此過程中， 22OH 用來還原殘留的 4KMnO 和2MnO 使之形成無色的 4MnSO 。 氧化石墨的制備步驟 將 天然石墨加到 6mL 80℃的濃硫酸 42SOH 、 8224) OSNH（ 和 52OP 組成的混合溶液中，在該條件下保持 ，將混合物冷卻至室溫，并加入 稀釋放置過夜。將預氧化的天然石墨粉加到 60mL 0℃的濃硫酸中，再將 4KMnO 便攪拌邊緩慢加入，并繼續(xù)在 35℃以下攪拌 2h 得混合液。全部加完去離子水后，繼續(xù)攪拌混合物 2h，再加入 700mL 去離子水和 10mL質(zhì)量分數(shù)為 30%的 22OH ，此時可以看到在冒出大量氣泡的同時溶液顏色由黑色變?yōu)榱咙S色。 氧化石墨烯的制備工藝分析 石墨烯氧化物是通過氧化石墨得到的層狀材料。包括羧基 、 環(huán) 氧官能團 、 羰基 、 羥基等。 氧化石墨同樣是一層狀共價化合物，層間距離依制備方法而異。干燥的氧化石墨在空氣中的穩(wěn)定性較差，很容易吸潮而形成水化氧化石墨 ( IC = ～ ) ，但當氧化石墨在 50～ 200℃下與 F2 反應生成氟化氧化石墨后，穩(wěn)定性明顯增強。極性高聚物盡管對氧化石墨層間的擴散很慢，但得到的嵌入化合物卻很穩(wěn)定。 氧化石墨烯主要含有的功能團有羥基 、 羧基和環(huán)氧基，這些不同的氧基功能團所具有的化學活性也不盡相同，因而被還原的先后順序也有所差異，比如最難 還原的羧基。 氧化石墨的表征 本實驗采用傅里葉變換紅外光譜儀對樣品材料進行表征分析，定性和半定量分析了氧化石墨材料表面所含官能團情況。樣品制備方法：采用溴化鉀壓片法。然后過 100 目篩，取篩下樣品細粉末在油壓機上壓成片，用于測試 [