石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性

石墨烯和氧化石墨烯由于特殊的电子、光学、力学性能已成为当今科学研究的热点.重点综述了近年来石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性研究进展.首先介绍了石墨烯、氧化石墨烯的基本结构与性质.然后将表面功能化分为非共价键结合改性、共价键结合改性和元素掺杂改性.非共价键结合的功能化改性分为四类：π-π键相互作用、氢键作用、离子键作用以及静电作用.共价键结合的功能化改性分为四类：碳骨架功能化、羟基功能化、羧基功能化和环氧基功能化.元素掺杂改性分为N、B、P等不同元素的掺杂功能化.总结了石墨烯、氧化石墨烯基体与改性分子的相互作用和反应类型,以及改性产物的性能与应用.最后对石墨烯和氧化石墨烯在表面功能化改性方面的发展前景作了展望和预测.     

石墨烯气凝胶的可控组装

石墨烯气凝胶一般是由石墨烯片层经过湿法化学组装或气相化学生长获得的一种具有连通多孔网络结构的石墨烯三维宏观体材料,表现出极高的比表面积、良好的导电性以及优异的机械性能等,在电化学储能、吸附、催化以及传感等领域有着极为重要的应用。本文从石墨烯气凝胶的结构设计与组装策略出发,综述了近年来石墨烯纳米结构单元在石墨烯气凝胶材料（氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、化学气相沉积（CVD）石墨烯、以及复合气凝胶等）中的组装行为,并对石墨烯气凝胶目前的现状及今后发展方向做了简要评述。     

石墨烯基气凝胶催化还原特性及其应用

石墨烯基气凝胶(GA)是一种内部连通的三维石墨烯宏观体,其在继承了石墨烯良好的化学稳定性和优良催化性能的同时拥有更高的比表面积和导电性。GA由于其优越的性能和独特的结构在催化、能量存储、吸附等领域得到广泛的应用。本文主要从GA催化还原特性展开,综述了具有不同催化性能的石墨烯基气凝胶的制备方法,将其总结归纳分为GA、掺杂型GA、复合型GA以及掺杂复合型GA四种类型,并详细介绍了制备方法对石墨烯基气凝胶催化性能的影响。石墨烯基气凝胶因具有优良的电化学活性和催化特性,在燃料电池、染料敏化太阳能电池、微生物电解池和电化学传感器等领域具有广泛的应用前景。最后对石墨烯基气凝胶在催化领域的应用前景进行分析和展望。     

氧化石墨烯和石墨烯在催化领域中的应用研究进展

石墨烯具有独特的二维平面结构,其导电性能好,比表面积大,耐酸碱,耐高温.基于石墨烯的优异特性,本文作者从材料的合成和结构等方面对石墨烯基催化剂的研制及其催化性能进行了评述.介绍了石墨烯催化体系的类型和机理,对石墨烯催化中存在的问题进行了简单分析,并对石墨烯在催化领域的应用前景进行了展望.     

石墨烯基材料在毛细管电泳中的应用进展

石墨烯基材料(石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和石墨烯量子点)是一种新型的单层片状结构碳纳米材料,具有巨大的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、较强的π-π电子共轭作用、疏水作用及氢键作用等,在分离科学领域展现了非常理想的应用前景。该文主要综述了石墨烯基材料近年来在毛细管电泳(CE)中的研究进展,包括作为背景电解质的添加剂、毛细管电色谱柱的固定相、CE-电化学检测电极的修饰材料和CE样品前处理的新型吸附剂材料等,并对其在CE领域未来的发展和应用进行了展望。     

一种可分散性石墨烯的制备

先通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)与氧化石墨反应得到改性氧化石墨, 再经水合肼还原制备了改性石墨烯. 未烘干的改性石墨烯经超声处理后, 可稳定分散于体积比为9∶1的N,N-二甲基甲酰胺/水或丙酮/水的混合溶液中, 而且在N,N-二甲基甲酰胺/水体系中超声得到的改性石墨烯分散液可在乙醇、丙酮中稳定存在. 采用红外光谱、X光电子能谱及X射线衍射分析等手段研究了KH-550改性氧化石墨及石墨烯的结构. 结果表明, KH-550上的氨基与氧化石墨的羧基反应生成了酰胺键, 与环氧基发生了加成反应, 干燥的改性石墨烯层间通过Si-O-Si键连接在一起.     

锂硫电池用石墨烯基材料的研究进展

锂硫电池因其理论能量密度高、资源丰富和环境友好等优势,被认为是最有发展前景的下一代电化学储能系统之一。然而,硫的绝缘性、充放电中间产物多硫化物的溶解和扩散、硫的体积膨胀以及锂负极安全性等问题,严重制约着锂硫电池的商业应用。石墨烯因其具有高导电、高柔性等诸多优异特性而被广泛研究,将其用于锂硫电池的正极载体、隔膜涂层和集流体中,以期实现高比能、高稳定性的锂硫电池。本文综述了石墨烯基材料,包括石墨烯、功能化石墨烯、掺杂石墨烯和石墨烯复合物,在锂硫电池中应用的研究进展,并展望了锂硫电池用石墨烯基材料的未来发展方向。     

石墨炔的化学修饰及功能化

石墨炔特殊的电子结构和孔洞结构使其在信息技术、电子、能源、催化以及光电等领域具有潜在、重要的应用前景。近几年石墨炔的基础和应用研究已取得了重要成果,并迅速成为了碳材料研究中的新领域。石墨炔中炔键单元的高活性为其化学修饰与掺杂提供了良好的平台。在这篇综述中,我们将重点介绍石墨炔的非金属杂原子掺杂、金属原子修饰以及表面改性,并深入探讨掺杂与衍生化对石墨炔材料的电子性质的影响及其对光电化学催化性能的协同增强。     

氮掺杂石墨烯的生长机理及其在乙苯选择性氧化中的应用

以热解氧化石墨烯材料为碳基底,分别使用有机氮源和无机氮源对其进行氮掺杂处理,制备了一系列氮掺杂石墨烯材料.采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等表征方法考察了氮掺杂石墨烯的生长机理.结果表明,随着制备过程中退火温度的改变,氮掺杂石墨烯中不同氮物种的含量有显著差别.这种差异是由不同氮物种化学环境的差异所导致的.所制备的含氮石墨烯材料对乙苯选择性氧化制苯乙酮反应均表现出优良的催化活性.其中,石墨氮的含量对于提高苯乙酮收率起到至关重要的作用.此外,通过氧化剂控制活化的方法可以消除过多的结构缺陷和过量氮掺杂对催化反应的不利影响,有效提升氮掺杂石墨烯的催化活性.     

石墨烯材料生物降解的策略研究

自2004年被发现以来,前沿新材料石墨烯及其衍生物由于其独特的电学、光学和力学性能被广泛关注,在许多领域都展露了光彩,包括新型电池、传感器、新能源和生物医学等领域,尤其在生物医药领域发展迅速.石墨烯及其衍生物良好的生物相容性使其在生物领域中具有重要的应用前景.为了实现石墨烯材料的体内应用,材料的可降解性是值得深入研究的焦点,研究其生物降解行为有助于提高其对环境、生命系统的安全性.到目前为止,石墨烯的生物降解研究主要集中在材料的生物酶促降解,利用一系列方法如异质原子掺杂、表面功能化修饰等对石墨烯材料进行改性,可以调控石墨烯材料的降解.综述了近年来石墨烯材料及其衍生物在生物应用上的降解的研究进展,重点介绍石墨烯的酶促降解和其在生物医学领域的应用前景,为进一步促进石墨烯材料的体内研究提供重要的研究基础和指导意义.     

基于石墨烯基材料的非金属液相催化反应

非金属碳基催化剂因其具有合成简单、结构稳定、比表面积大、可调控性强等特点受到了研究者的关注,已成为最活跃的研究领域之一。以二维、单原子层、六方结构的碳为基础的石墨烯和其高度氧化形态——氧化石墨烯是一类新兴的碳基材料。这类材料在催化领域的应用在近五年内才刚刚兴起。此类材料可用于烃类转化、有机化学合成、能源转化等多种催化反应,本文主要综述了采用化学氧化还原法制备的石墨烯和氧化石墨材料为催化剂的各类催化反应的最新研究进展。     

水热反应温度对三维还原氧化石墨烯的形貌、结构和超级电容性能的影响

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,在120-220°C条件下,采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯,采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响.结果表明:采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小;同时,氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加,有序度提高,其结构逐渐向着类石墨结构转化;而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,且均以双电层电容为主;相比之下,当水热反应温度为180°C时,制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能,在电解液为6mol·L-1的KOH溶液中,0.5A·g-1电流密度下其比电容达到315 F·g-1,10 A·g-1时仍能保持212 F·g-1的高比容量,能量密度为40.5Wh·kg-1,5000次循环后比电容保持率为86%,表现出了良好的电化学性能.     

Nickel Oxide/Graphene Composites: Synthesis and Applications

Nickel oxide (NiO) has emerged as one of the most promising transition-metal oxides (TMOs) for electrochemical capacitors, batteries, catalysis, and electrochromic films, owing to its cost-effectiveness, abundance, and well-defined electrochemical properties. Recent studies have identified that mixing NiO with graphene or graphene derivatives results in novel composites with synergistic effects and superior electrochemical performance. This review summarizes the latest advances in composites of NiO with graphene or graphene derivatives. The synthetic strategies, morphologies, and electrochemical performance of these composites are introduced, as well as their electrochemical applications in supercapacitors, batteries, sensors, catalysis, and so forth. Finally, tentative conclusions and assessments regarding the opportunities and challenges for the future development of these composites and other TMOs/graphene or graphene-derived composites are presented.     

n-Type reduced graphene oxide field-effect transistors (FETs) from photoactive metal oxides

Graphene is of considerable interest as a next-generation semiconductor material to serve as a possible substitute for silicon. For real device applications with complete circuits, effective n-type graphene field effect transistors (FETs) capable of operating even under atmospheric conditions are necessary. In this study, we investigated n-type reduced graphene oxide (rGO) FETs of photoactive metal oxides, such as TiO(2) and ZnO. These metal oxide doped FETs showed slight n-type electric properties without irradiation. Under UV light these photoactive materials readily generated electrons and holes, and the generated electrons easily transferred to graphene channels. As a result, the graphene FET showed strong n-type electric behavior and its drain current was increased. These n-doping effects showed saturation curves and slowly returned back to their original state in darkness. Finally, the n-type rGO FET was also highly stable in air due to the use of highly resistant metal oxides and robust graphene as a channel.     

应用多中心分区方法构建H3分子反应势能面

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体, 在120-220 ℃条件下, 采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯, 采用扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), 傅里叶变换红外(FTIR)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响. 结果表明: 采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构, 材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小; 同时, 氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加, 有序度提高, 其结构逐渐向着类石墨结构转化; 而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势, 且均以双电层电容为主;相比之下, 当水热反应温度为180 ℃时, 制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能, 在电解液为6mol·L^-1的KOH溶液中, 0.5 A·g^-1电流密度下其比电容达到315 F·g^-1, 10 A·g^-1时仍能保持212 F·g^-1的高比容量, 能量密度为40.5 Wh·kg^-1, 5000次循环后比电容保持率为86%, 表现出了良好的电化学性能.     

离子液体共价键功能化氧化石墨烯负载催化材料催化反应研究进展

氧化石墨烯由于其独特的结构和性能赋予了它作为催化剂的先天优势,功能化的氧化石墨烯为其应用领域的拓展和效果提升提供了更多的发展契机,成为目前的研究趋势,离子液体功能化的氧化石墨烯结合二者自身优势的基础上,并由于协同作用具有更加优异的催化性能,广泛应用于众多反应中.我们针对离子液体共价键功能化的氧化石墨烯负载催化剂常见的催化反应,包括环加成反应,氧化反应,偶联反应,酯交换反应,乌尔曼反应,重排反应,光催化和电催化在近年来的研究进展进行了相关综述.     

n‐Type Reduced Graphene Oxide Field‐Effect Transistors (FETs) from Photoactive Metal Oxides

Graphene is of considerable interest as a next‐generation semiconductor material to serve as a possible substitute for silicon. For real device applications with complete circuits, effective n‐type graphene field effect transistors (FETs) capable of operating even under atmospheric conditions are necessary. In this study, we investigated n‐type reduced graphene oxide (rGO) FETs of photoactive metal oxides, such as TiO₂ and ZnO. These metal oxide doped FETs showed slight n‐type electric properties without irradiation. Under UV light these photoactive materials readily generated electrons and holes, and the generated electrons easily transferred to graphene channels. As a result, the graphene FET showed strong n‐type electric behavior and its drain current was increased. These n‐doping effects showed saturation curves and slowly returned back to their original state in darkness. Finally, the n‐type rGO FET was also highly stable in air due to the use of highly resistant metal oxides and robust graphene as a channel.     

Chemistry with Graphene and Graphene Oxide—Challenges for Synthetic Chemists

The chemical production of graphene as well as its controlled wet chemical modification is a challenge for synthetic chemists. Furthermore, the characterization of reaction products requires sophisticated analytical methods. In this Review we first describe the structure of graphene and graphene oxide and then outline the most important synthetic methods that are used for the production of these carbon‐based nanomaterials. We summarize the state‐of‐the‐art for their chemical functionalization by noncovalent and covalent approaches. We put special emphasis on the differentiation of the terms graphite, graphene, graphite oxide, and graphene oxide. An improved fundamental knowledge of the structure and the chemical properties of graphene and graphene oxide is an important prerequisite for the development of practical applications.     

Graphene materials-based chemiluminescence for sensing

Graphene has attracted considerable attention in multidisciplinary research fields and shown various promising applications due to its unique structure and extraordinary physicochemical properties. This review covers the latest advances in graphene materials-based chemiluminescence (CL) for sensing. Chemiluminescence resonance energy transfer and luminescence quenching of graphene materials are discussed. Graphene materials, such as graphene nanosheets, graphene quantum dots, graphene oxide, and reduced graphene oxide have been employed successfully in CL systems in recent years. Graphene materials can be utilized as catalysts, platforms, and energy acceptors to improve the performance of CL. Possible challenges and future perspective on this topic are also presented.