Ga对在AlN衬底上直接生长石墨烯的远程催化

通过镓(Ga)远程催化,采用化学气相沉积(CVD)方法在氮化铝(AlN)衬底上直接生长石墨烯薄膜.研究了生长温度、催化剂距离对石墨烯生长及其光学性质和电学性质的影响规律.结果表明,在生长温度1070℃下可以制备厚度约为5层的石墨烯薄膜, Ga周围1.4 cm范围内可以得到厚度均匀的石墨烯薄膜.通过透光率和方阻表征了石墨烯的光学和电学性质,结果表明, 400～800 nm波长范围内石墨烯薄膜透光率可达90%以上,方阻约为230Ω/.第一性原理计算结果表明,石墨烯仍保持金属性, AlN衬底对石墨烯有吸附掺杂作用,可有效降低石墨烯的方阻,改善石墨烯和衬底的电学接触.     

石墨烯/橡胶纳米复合材料

石墨烯具有极高的力学性质和导电/导热性质,在橡胶复合材料中具有广阔的应用前景.本文首先简要综述了石墨烯的制备和功能化,而后重点介绍了石墨烯/橡胶复合材料的制备方法、性能及相关的结构-性能关系研究的现状,并对石墨烯/橡胶复合材料研究的挑战和机遇进行了展望.     

氮掺杂石墨烯的p型场效应及其精细调控（英文）

石墨烯因独特的性质和潜在的应用在过去十年受到广泛重视。得益于石墨烯研究的繁荣,氧化石墨烯作为石墨烯的最常见的衍生物,近年来也获得广泛的研究。氧化石墨烯不仅可以通过高温退火还原得到光电性质都类似石墨烯的还原氧化石墨烯,而且因其结构中存在羧基、羰基和羟基等含氧基团,为石墨烯的性能调控提供了可能。常见的做法是通过引入外来原子比如氮原子来调控石墨烯的化学催化和光电性质。然而至今在氮掺杂石墨烯的研究中,氮的类型和所处化学环境对石墨烯电学性能的影响尚不清楚,而这会影响石墨烯后续的电学和催化应用。因此,合成特定类型的氮掺杂石墨烯并研究其对后续应用的影响是必要的。我们通过氧化石墨烯和邻芳基二胺的希夫碱缩合反应成功合成了吡嗪和吡啶氮掺杂石墨烯,研究了氮的类型对石墨烯电学性能的影响。吡嗪氮掺杂的石墨烯表现出弱的n型掺杂,而强吸电子的三氟甲基基团的引入,会让吡嗪氮掺杂的石墨烯由弱n型掺杂转变为明显的p型掺杂。当在吡嗪氮中同时引入吡啶氮时,石墨烯也表现为弱的p型掺杂。因此,石墨烯的性能可以通过控制吸电子基团和掺杂不同类型的氮来实现精细调控,从而为石墨烯的应用提供更多潜在可能。     

三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用

三维（3D）石墨烯通常是指具有3D结构的二维（2D）石墨烯组装体,是近年来石墨烯化学领域的新型功能性材料。将2D石墨烯片整合成具有3D结构的组装体可以有效调控石墨烯的电学、光学、机械、化学和催化特性,因此3D石墨烯材料不仅具有石墨烯固有的理化性质,其三维多孔的微/纳米结构还使其兼具比表面积大、机械强度高、电子传导能力优越及传质快速等优良特性。这些独特的性质使3D石墨烯及其复合材料在材料科学领域备受关注。研究发现,3D石墨烯及其复合材料应用于纳米电子学、能量储存和转换、化学和生物传感等研究领域均表现出优越的性能。本文结合当前研究热点,综述了3D石墨烯及其复合材料在催化、储氢/气体吸附、传感器、环境修复、超级电容器等领域中的应用进展,并简要评述目前3D石墨烯材料应用中所面临的挑战及发展前景。     

石墨烯狭缝受限孔道中水分子的分子动力学模拟

石墨烯是一种具有广泛应用前景的纳米材料,特别是由石墨烯片层自组装形成的二维纳米通道能够应用于物质的过滤分离.本文采用分子动力学模拟方法研究了原态石墨烯/羟基改性石墨烯狭缝孔道中水分子的微观行为,模拟计算了水的界面结构性质和扩散动力学性质,所研究的石墨烯孔宽为0.6-1.5 nm.模拟结果表明,在石墨烯狭缝孔道中,水分子受限结构呈现层状分布,在超微石墨烯孔道(0.6-0.8 nm)中水分子可形成特殊的环状有序结构,石墨烯表面可诱导产生特殊的水分子界面取向.在石墨烯孔道中,水分子的扩散运动低于主体相水分子的扩散运动,羟基化石墨烯孔道可以促使水分子的扩散能力降低.对于改性石墨烯狭缝孔道,由于羟基的作用,水分子可以自发渗入0.6 nm的石墨烯孔道内.模拟所得到的受限水分子的动力学性质与水分子在石墨烯孔道内的有序结构有关.本文研究结果将有助于分析理解水分子通过石墨烯纳米通道的渗透机理,为设计基于石墨烯的纳米膜提供理论指导.     

多孔石墨烯材料

多孔石墨烯是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料,是近年来石墨烯缺陷功能化的研究热点。多孔石墨烯不仅保留了石墨烯优良的性质,而且相比惰性的石墨烯表面,孔的存在促进了物质运输效率的提高,特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子、分子的作用。更重要的是,孔的引入还有效地打开了石墨烯的能带隙,促进了石墨烯在电子器件领域的应用。本文阐述了多孔石墨烯的一些基本性质和特性,并对其理论研究、制备方法和应用的研究进展进行了评述。其中,多孔石墨烯的制备方法主要包括光刻法、催化刻蚀法、化学气相沉积法、湿法刻蚀、碳热还原法、溶剂热法和自由基攻击法。多孔石墨烯优异的特性使其在能源储存与转换材料(锂离子电池、超级电容器、燃料电池等)、DNA分子检测、化学传感器、场效应晶体管、分子筛和海水淡化等领域具有非常广阔的应用前景。     

功能化石墨烯材料：定义、分类及制备策略

自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为“功能化石墨烯材料”,分为两类：“功能化石墨烯”和“功能化石墨烯复合材料”。功能化石墨烯材料的制备可由“自上而下”和“自下而上”两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。     

新型材料石墨烯组装研究进展

石墨烯是近几年研究的一种具有二维平面结构的热门材料,它具有单电子结构,有很多特殊的物理和化学的性质。关于石墨烯的制备,功能化及应用方面的研究已经成为当前的前沿和热点课题。关于石墨烯组装的研究目前还没有制备方面成熟。主要介绍了几种石墨烯组装的方法并对其进行了展望,包括有机小分子组装,共聚组装,LB技术组装,非共价键组装。组装后的石墨烯具有了一些新的性质和功能,溶解性得到了极大的改善。     

石墨烯的边界效应在电化学生物传感器中的应用

石墨烯是由底面和边界组成的,这种独特的结构赋予石墨烯很多特殊的性质,如边界上的异相电子转移速率、电容量、局域态密度和结构缺陷、功能性基团等均高于石墨烯的底面,这些固有特征对石墨烯的电化学性能有极大的促进作用,是边界效应的具体体现。本文在阐述石墨烯电化学性能边界效应的基础上,对具有不同形貌特征的石墨烯,如石墨烯纳米片、纳米毯、片晶、纳米墙、纳米纤维、纳米带、量子点等在电化学生物传感领域的具体应用进行了综述和展望。     

石墨烯纳米带

近年来,一种新型的准一维石墨烯基材料即石墨烯纳米带(graphene nanoribbons, GNRs)受到广泛关注,限域的宽度和丰富的边缘构型使其具有许多不同于二维结构大面积石墨烯的性质和应用。本文介绍了GNRs特殊的边缘效应以及由此产生的电学、磁学等特殊性质,在此基础上进一步介绍了GNRs典型的制备方法、缺陷种类、掺杂和化学改性等,并对功能化的GNRs的应用进行了展望。     

石墨烯基无机纳米复合材料*

石墨烯(graphene)是近年被发现和合成的一种新型二维平面纳米碳质材料。由于其新奇的物理和化学性质,石墨烯已经成为了备受瞩目的科学新星,是纳米材料领域的一大研究热点。在石墨烯的研究中,基于石墨烯的无机纳米复合材料是石墨烯迈向实际应用的一个重要方向。本文在简要介绍石墨烯的结构、性质和制备方法的基础上,重点就近年来以石墨烯为基体的无机物（主要包括金属和半导体）纳米复合材料的合成和应用作一述评,并对石墨烯基无机纳米复合材料的研究和发展方向作了展望。     

石墨烯中杂原子对镉离子检测性能的影响研究

本文基于氧化石墨烯(GO)、电化学还原氧化石墨烯(ERGO)和氮掺杂石墨烯(NG)三种石墨烯材料修饰的电极制备了镉离子(Cd~(2+))电化学传感器。利用循环伏安法和差分脉冲伏安法分析检测Cd~(2+),系统的比较了不同石墨烯材料修饰电极的电化学性质及检测效果。结果表明GO修饰的传感器在灵敏度、检测限和可重复性方面优于ERGO和NG,说明了石墨烯上含氧基团的存在提高了Cd~(2+)检测的灵敏度。     

石墨烯及其聚合物复合材料

近些年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性质成为备受瞩目的研究前沿和热点。石墨烯作为纳米增强组分,少量添加可以使聚合物的物理性能得到大幅地提高。本文就石墨烯及其在聚合物复合材料的研究进展进行了综述,着重阐述了现已工业化制备石墨烯的氧化还原法,以及石墨烯/聚合物复合材料的制备方法(溶液共混、原位聚合和熔融共混)和性能(电学性能、导热性能、力学性能、热性能以及气体阻隔性能),并指出其待解决的关键技术及工业化前景。     

基于石墨烯纳米材料的DNA测序研究进展

设计和研发快速、准确、价廉、高通量的DNA测序方法,对于预防早期疾病和了解相关疾病机理具有非常重要的意义。新型纳米材料石墨烯由于具有独特的结构和性质,在化学和生物科学等领域发挥着重要的作用。该文介绍了DNA测序的研究现状以及应用石墨烯纳米材料的优势,重点阐述了DNA链通过石墨烯纳米孔、石墨烯纳米间隙、石墨烯纳米带时产生不同的电流信号识别碱基序列的原理,同时介绍了DNA链与石墨烯的相互作用对DNA测序的影响,并对DNA测序的研究方向进行了展望。该文为基于石墨烯纳米材料的DNA测序提供了作用原理、理论研究以及检测方法等参考。     

石墨烯在生物传感器中的应用

概述了石墨烯、石墨烯氧化衍生物的性质及制备方法,重点介绍了石墨烯在生物传感器中的应用以及发展趋势(引用文献49篇)。     

石墨烯及氧化石墨烯对分离膜改性的方法、效能和作用机理

石墨烯及氧化石墨烯由于其独有的性质在分离膜领域引起广泛关注。本文综合分析了石墨烯及氧化石墨烯在分离膜改性方面的几种典型应用,即共混膜、多孔石墨烯膜和层状排列氧化石墨烯膜,并结合其制备方法、效能和作用机理进行阐述。结果表明,相转化法制备的共混膜可以提高膜通量和截留率、增加膜的亲水性并有效抑制膜污染,但是其并不能充分发挥氧化石墨烯独有的结构和性能优势,具有一定的局限性;层薄和机械性能强的完美结合使石墨烯可以通过打孔形成分离性能较好的多孔石墨烯膜,但是制备大片石墨烯的难度和不成熟的打孔技术限制了其进一步发展;而层状排列的氧化石墨烯膜可充分发挥氧化石墨烯材料的特性,以层间间距作为主要运输通道有利于充分发挥氧化石墨烯高输运速率的优点和高选择性的特性,为开创下一代高通量、高选择性、强抗污染性的高性能分离膜提供了重要思路。     

半导体/石墨烯复合光催化剂的制备及应用

首先分析了石墨烯和半导体光催化剂的特点,以及二者复合后可能具有的优越性质,接着介绍了石墨烯和半导体复合光催化剂的制备方法,归纳了石墨烯增强半导体光催化的机理,然后阐述了复合光催化剂在降解有机污染物、光催化分解水产氢、光催化还原CO2制有机燃料和光催化灭菌四个典型的应用,最后对半导体/石墨烯复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望.     

石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法

石墨烯纤维材料是以石墨烯为主要结构基元沿某一特定方向组装而成或由石墨烯包覆纤维状基元形成的宏观一维材料。根据组成基元的不同可将石墨烯纤维材料分为石墨烯纤维和石墨烯包覆复合纤维。石墨烯纤维材料在一维方向上充分发挥了石墨烯高强度、高导电、高导热等特点,在智能纤维与织物、柔性储能器件、便携式电子器件等领域具有广阔的应用前景。随着化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备石墨烯薄膜技术的发展,CVD技术也逐渐应用于石墨烯纤维材料的制备。利用CVD法制备石墨烯纤维可避免传统纺丝工艺中繁琐的氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)还原过程。同时,通过CVD法直接将石墨烯沉积至纤维表面可以保证石墨烯与纤维基底之间强的粘附作用,提高复合纤维的稳定性,同时可实现对石墨烯质量的有效调控。本文综述了石墨烯纤维材料的CVD制备方法,石墨烯纤维材料优异的力学、电学、光学性质及其在智能传感、光电器件、柔性电极等领域的应用,并展望了CVD法制备石墨烯纤维材料未来的发展方向。     

实验和理论研究石墨烯氧化物的铁电性

基于独特的结构和性质, 石墨烯在很多领域都表现出了巨大的潜力. 作为制备石墨烯的主要母体材料, 石墨烯氧化物在室温条件下被观测到具有弱的铁电性. 石墨烯氧化物的表面和边界上会存在大量的羟基, 这些羟基有序重复排列而构成了一维的氢键链, 这些有序氢键链可能是石墨烯氧化物呈现铁电性能的主要原因.     

拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用

石墨烯是sp2碳原子紧密堆积形成的二维原子晶体结构,因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注.拉曼光谱是一种快速而又简洁的表征物质结构的方法.主要综述了拉曼光谱技术在石墨烯结构表征中应用的一些最新进展.首先,在系统分析石墨烯声子色散曲线的基础上介绍了石墨烯的典型拉曼特征(G'峰、G峰和D峰),讨论了G'峰、G峰和D峰在石墨烯层数的指认和石墨烯边缘与缺陷态分析中的应用;然后,通过对石墨烯拉曼G峰和G'峰的峰位、峰型以及强度的分析,讨论了石墨烯的层间堆垛方式、掺杂、基底、温度和应力等对石墨烯的电子能带结构的影响;最后,介绍了石墨烯中的二阶和频与倍频拉曼特征以及石墨烯的低频拉曼特征(剪切和层间呼吸振动模),并讨论了其对石墨烯结构的依赖性.