官能化氧化石墨烯措施

当今世界面临着严峻的环境与能源挑战。传统能源如煤、石油的不断消耗以及环境的日益恶化严重影响了人类的日常生活以及社会的正常发展。因而开发更为高效与环境友好的能源设备越来越得到人们的强烈关注。为**的初代锂离子二次电池以其在能量密度与操作电压上明显优于传统铅酸与镍镉电池的优势，迅速应用于便携电子设备电池市场。其后，随着具有环境友好、成本低廉、循环性能稳定等诸多优势的以磷酸铁锂为**的正极材料的报道［6，7］，锂离子二次电池的应用也扩展到混合动力汽车与纯电动汽车领域。然而目前锂离子电池电极材料还存在着诸多问题，如较低的电子电导率与锂离子迁移效率、嵌脱锂过程中巨大的体积变化、电极材料与电解液的副反应造成的容量损失以及活性物质不可逆的结构变化制约材料的循环稳定性等。另外，由于目前常用的锂离子电池正极材料固有的理论容量限制，实际应用的锂离子电池的比能量密度很难突破250Wh/kg［8］，因而难以满足其在高比能量电池领域的长远发展。在这种背景下，锂硫电池作为一种新的电化学储能体系，以其超高的理论能量密度(2600Wh/kg)以及单质硫储量丰富、环境友好的特点，成为高比能二次电池的研究热点。石墨薄片层可以经机械剥离剥离为氧化石墨烯。官能化氧化石墨烯措施

石墨经过氧化处理后得到氧化石墨，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位，许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述，以便有利于石墨烯材料的进一步研究，虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱，核磁共振等手段对其结构进行分析，但由于种种原因(不同的制备方法，实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响)，氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基，而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。**近的理论分析表明氧化石墨烯的表面官能团并不是随机分布，而是具有高度的相关性。过滤氧化石墨烯类型氧化石墨烯未来可以应用于水泥复合材料。

从化学结构可以看到，石墨烯具有垂直于晶面方向的大π键，此结构决定了其具有优异的电化学性能，在室温下的导热系数可高达５３００Ｗ·（ｍ·Ｋ）－１，能够比肩比较好的碳纳米管导热材料。常温下其电子迁移率甚至高于碳纳米管和硅晶体，属于世界上电阻率**小的材料。此外，石墨烯还具有完全敞开双表面的结构特性，也就是说它类似于不饱和有机分子，能够进行一系列的有机反应，能够与聚合物或无机物结合，从而提升材料的机械性和导电导热性。深入这方面的研究，对石墨烯进行官能团修饰，能够使其化学活性更加丰富［３－４］。由于石墨烯具有上述的结构特性，越来越多的研究者开始着眼于以石墨烯为基底的合成材料。

由于氧化墨烯表面仔在大：的钣I{能川．丧脱f{{良好的亲水性．昕以不仪能高度分散厂水溶液或j他仃饥剂中．而且在一定反应条件F能转变幻彳f维忖架纳fj1J的1，烯水凝胶或气凝胶。当前二维r烯常川I制衙‘法』三要仃水热法、化学气相沉积法、自组装法干¨31)¨印法2．3．1水热法水热法是制备三维石墨烯凝胶**l】的‘法。水热条件下，氧化石墨烯结构中的含瓴If能Ⅲ逐渐被还，轭结构逐渐被修复，还原后的石墨烯，；之Ihjfl0电斥力减小．压力作用下形成了相交驳的骨架状r烯水凝胶。Iji等…将氧化石墨超声分散】l8O(卜水热眨心l．制得海绵状的三维什墨烯气凝胶。j际比太f!l达l32I31。。·g。．具有比膨胀墨和其他仃机【】发I；付制＆r的ll殷附能Wu等。利用水热法合成了连通，、孔人小为一9～3．5nnl、岛比表而积和低质蛀密度的彩孔状-2II：r烯凝胶。此外．Song等利用该法成功i火僻J能II殷附水又能吸附油的双亲性多功能墨烯泡沭。氧化石墨烯未来可以应用于海水吸附。

近年来，石墨烯薄膜因其高电导率和轻巧柔钿的特性而受到越来越多的关注。石高全教授课题组［５１］通过蒸发诱导自组装法对引入少量纤维素纳米晶体（ＣＮＣ）的氧化石墨分散液进行干燥处理，然后使氢碘酸对得到的薄膜化学还原，其中，ＣＮＣ能够诱导石墨烯片上形成皱纹，使其机械性能得到了进一步增强。测试结果表明，这种薄膜具有拉伸强度比较高可达８００ＭＰａ，且断裂伸长率、初性和电导率分别达到６．２２±０．１９％、１５．６４１２．２０ＭＪｍ＿３、１１０５±１７Ｓｃｍ－１，远远髙于其他文献中报道的性能。Ｃｈｅｒ＾Ｍ等人通过在单层石墨烯上沉积金膜制备了ＧＯ／Ａｕ复合电极，在沉积金膜的厚度为７ｎｍ时，复合膜在５２０ｎｍ波长处具有２４．６Ｑｍ＿２的**电阻和７４．６％的高透射率。为了更直观地分析其电学性能，Ｃｈｅｎ等人组装了基于ＧＯ／Ａｕ复合电极的超级电容器，测试发现，与基于单层石墨烯的超级电容器相比，其电容提高了１７倍，并且表现出良好的机械稳定性，证明了石墨烯复合膜在柔性电子领域具有巨大的应潜力。氧化石墨易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。过滤氧化石墨烯类型

利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。官能化氧化石墨烯措施

储能电池在人们的日常通信及绿色出行等领域发挥着日益重要的作用，这就对先进的锂离子电池与锂硫电池电极制备技术提出了更高的要求。大量研究成果表明以碳纳米管与石墨烯为**的纳米碳材料因其优异的导电能力、良好的机械性能以及独特的形貌与结构特征，可在不同的应用模式下显著提高储能电池的容量性能、倍率性能以及循环寿命。与此同时也应认识到在这些材料取得更加***与商业化的应用前还需要解决以下问题:(1)研发低成本与环境友好的高质量材料制备技术。碳纳米管与石墨烯的导电能力对其所应用的电极性能有着决定性的影响，因而需要不断完善与探索新的制备工艺(如气相沉积法)与化学改性(如元素掺杂)方法。官能化氧化石墨烯措施