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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划石墨烯纳米复合材料研究进展,XX石墨烯无机纳米复合材料研究进展摘要石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有极高的载流子迁移率和特殊的输运特性，有很高的使用价值，目前已成为学者研究的热点问题之一。本位对采用不同的方法制备石墨烯复合材料进行了综述，以及石墨烯与贵金属、金属氧化物、非金属料的复合物，并指出这些复合材料在超级电容器、锂电池、电催化和燃料电池等领域的应用前景。它们的应用极其广泛，预计到2025年，我们可能会从“硅时代”跨越到“石墨烯”时代。关键词：石墨烯、制备、复合材料、应用Rese
2、archProgressofGrapheneInorganicNanoCompositeMaterialAbstractGrapheneisanewtypeofcarbonnanomaterials,carrierhashighmobilityandtransportcharacteristicsofspecial,hastheveryhighvalueinuse,ithasbecomeoneofthehotissuesofresearchscholars.Methodsofusingdifferentpreparationofgraphenecompositematerialsarerevi
3、ewed,andthecomplexgrapheneandpreciousmetals,metaloxides,non-metallicmaterials,andpointsouttheapplicationprospectofthesecompositesinthefieldofasupercapacitor,lithiumbatteries,electriccatalysisandfuelcell.Theyarewidelyused,isexpectedto2025,wemayspanfromSiliconeratoGrapheneera.正文引言：21世纪是能源与科技的时代，如果我们想要
4、变得更强大，我们就需要新能源、新技术以及具有多功能的新材料。但随着社会的发展，我们也给环境带来了一定的污染，半导体光催化技术在环境污染物治理、光解水制氢、太阳能电池等领域具有广泛的应用。为提高光催化剂的性能，人们不断地在寻找新的催化剂，以前我们都在研究TiO2体系1，2，以及研究了很多其它与其结构相似的半导体材料，近些年来人们发现了石墨烯这一特殊的半导体材料。下面我就带领大家一同了解特的神秘风彩。一、石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构3，无法单独稳定存在
5、，直至XX年4，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得XX年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料5，它几乎是完全透明的，只吸收%的光6；导热系数高达5300W/mK，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs7，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质
6、上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应8。石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycombcrystallattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨)+-ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳
7、定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形);如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管并且吸引了大批科学家的兴趣。在XX年3月，佐治亚理工学院研究员宣布,他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路。石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已
8、知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。二、石墨烯制备石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。微机械剥离法XX年，Geim等首次用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，XX年只能作为实验室小规模制备。化学气相沉
9、积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)首次在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破(参考化学气相沉积法制备高质量石墨烯)。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。这种薄膜在透光率为80%时电导率即可达到106
10、S/m，成为透明导电薄膜的潜在替代品。用CVD法可以制备出高质量大面积的石墨烯，但是理想的基片材料单晶镍的价格太昂贵，这可能是影响石墨烯工业化生产的重要因素。CVD法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本较高，工艺复杂。氧化-还原法氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，成为制备石墨烯的最佳方法，而且可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯不易分散的问题。氧化-还原法是指将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室
11、制备石墨烯的最简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。Ruoff等发现通过加入化学物质例如二甲肼、对苯二酚、硼氢化钠(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基团，就能得到石墨烯。氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。氧化-还原法的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元环、七元环等拓扑缺陷或存在-OH基团的结构缺陷，这些将导致石墨烯部分电学性能的损失，使石墨烯的应用受到限制。溶剂剥离法溶剂剥离法的原理是将少量的石墨分散于溶剂中，形成低浓度的分散液，利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力，此时溶剂可以插入石墨层间，进行层层剥离
12、，制备出石墨烯。此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构，可以制备高质量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率最高(大约为8%)，电导率为6500S/m。研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯，整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷，为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。缺点是产率很低。溶剂热法溶剂热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，采用有机溶剂作为反应介质，通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度)，在反应体系中自身产生高压而进行材料制备的一种有效方法。溶剂热法解决了规
13、模化制备石墨烯的问题，同时也带来了电导率很低的负面影响。为解决由此带来的不足，研究者将溶剂热法和氧化还原法相结合制备出了高质量的石墨烯。Dai等发现溶剂热条件下还原氧化石墨烯制备的石墨烯薄膜电阻小于传统条件下制备石墨烯。溶剂热法因高温高压封闭体系下可制备高质量石墨烯的特点越来越受科学家的关注。溶剂热法和其他制备方法的结合将成为石墨烯制备的又一亮点。其它方法石墨烯的制备方法还有高温还原、光照还原、外延晶体生长法、微波法、电弧法、电化学法等。笔者在以上基础上提出一种机械法制备纳米石墨烯微片的新方法，并尝试宏量生产石墨烯的研究中取得较好的成果。如何综合运用各种石墨烯制备方法的优势，取长补短，解决石墨
14、烯的难溶解性和不稳定性的问题，完善结构和电性能等是今后研究的热点和难点，也为今后石墨烯的制备与合成开辟新的道路三、石墨烯纳米复合材料将无机材料分散到石墨烯纳米片表面制成石墨烯纳米复合材料无机纳米粒子的存在可使石墨烯片层间距增加到几个纳米，从而大大减小石墨烯片层之间的相互作用，使单层石墨烯的独特性质得以保留，这是通常化学修饰法难以企及的因此，用无机纳米粒子修饰石墨烯片，提供了一条阻止石墨烯片团聚的新途径从另一个角度看，石墨烯纳米复合材料，不但可以同时保持石墨烯和无机纳米粒子的固有特性，而且能够产生新颖的协同效应，具有广泛的应用价值。1、石墨烯与贵金属复合贵金属/石墨烯复合材料主要用于光、电催化以
15、及杀菌等方面。利用石墨烯规整的二维平面结构作催化剂载体，可以提高催化剂粒子的分散度，加快电荷迁移速率，从而提高复合材料的催化活性。银以单质形态成功负载在石墨烯表面，银纳米粒子的平均粒径为30nm。以大肠杆菌为模型对纳米复合材料的抑菌性能进行测试，纳米银/石墨烯复合材料在100mg/L时可以完全抑制大肠杆菌的生长，是一种效果显著的新型抑菌材料。铂/石墨烯复合材料具有很好的电催化性，使用的铂石墨烯催化剂的铂载量已达40%，同时具有34nm的尺寸和高分散性。采用石墨烯为载体合成这种高载量高性能的催化剂显然比颗粒碳材更具优势，石墨烯片层穿插于铂纳米粒子之间，在抑制铂的团聚、与铂的相互作用以及电荷的传输方面都是极为有利的。纳米金/石墨烯修饰玻碳电极，研究了多巴胺(DA)在该修饰电极上的电化学行为，建立了电化学测定多巴胺的新方法。结果表明，在磷酸盐缓冲溶液中，此修饰电极对多巴胺的电化学响应具有很好的催化作用。利用差示脉冲伏安技术对多巴胺的电化学氧化进行定量分析，多巴胺的氧化峰电流与其浓度在1.01071.0105mol/L范围内呈良好的线性关系，检测限低至4.0108mol/L。该修饰电极适于多巴胺的分析检测。2、石墨烯与金属氧化物复合材料金属氧化物/石墨烯的复合材料主要用于光催化剂、超级电容器、锂电池等领域。金属氧化物包括锌氧化物、锰氧化物、钛氧化物、铁氧
