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.     

石墨烯/聚合物纳米复合电流变材料

电流变智能流体在外电场刺激下能快速可逆地改变自身流变性能,具有重要技术应用价值.传统的基于微米颗粒的电流变流体易于沉降并且电致屈服强度不高限制了技术应用,最近基于纳米颗粒的非传统电流变材料研究受到重视,特别是具有各向异性形貌的纳米颗粒悬浮液被发现具有明显增强的电/磁流变效应.本文介绍了最近基于石墨烯的二维纳米复合电流变材料的研究进展,主要包括石墨烯/半导聚合物、石墨烯/极性聚合物、石墨烯/碳等几种典型的电流变材料的制备、结构和电流变行为.研究表明利用石墨烯独特的二维纳米结构、优异的电学和热学性质可能为制备新颖的高性能纳米电流变材料提供途径。     

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.     

石墨烯/橡胶纳米复合材料研究进展

石墨烯结合了碳纳米管导电和黏土片层的结构特征,为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料提供了新的方向.石墨烯/橡胶纳米复合材料近年来引起广泛关注.众多研究结果表明石墨烯是橡胶的理想填料之一,为高性能橡胶改性提供了新途径.本文介绍了石墨烯/橡胶纳米复合材料的3种主要制备方法,即乳液共混法、溶液共混法和机械混炼法,以及材料的物理机械性能、电学性能、气体阻隔性能和热学性能,并分析了该类材料的发展前景和存在问题.     

石墨烯及其聚合物纳米复合材料

石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料,具有优异的机械性能、电性能和热性能等,是聚合物纳米复合材料的理想填料。近年来,石墨烯/聚合物纳米复合材料成为聚合物基纳米复合材料的研究热点。本文对石墨烯及其聚合物纳米复合材料的研究进展进行了综述。首先概述了石墨烯的不同制备方法及石墨烯的共价与非共价改性途径。然后重点总结了石墨烯/聚合物纳米复合材料的常用制备方法及其机械性能、导电性、导热性、耐热性及阻隔性能。最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势。     

基于纳米银-石墨烯复合材料的增强效应电化学测定对乙酰氨基酚

利用氧化还原反应制备纳米银-石墨烯复合纳米材料(Ag NPs-GN),将其修饰在玻碳电极表面制备了纳米银-石墨烯修饰玻碳电极(Ag NPs-GN/GCE)。在p H 4.78的Britton-Robinson(B-R)缓冲溶液中,用循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)研究了对乙酰氨基酚在Ag NPs-GN/GCE和GN/GCE上的电化学行为。结果表明,二者对对乙酰氨基酚的氧化还原反应均有电催化作用,而且复合纳米材料Ag NPs-GN具有较单一GN更好的催化效果。用方波伏安法测得对乙酰氨基酚的还原峰电流与其浓度在1.0×10-7~5.0×10-4mol/L范围内呈线性关系,检出限(S/N=3)为3.0×10-8mol/L。建立了片剂中对乙酰氨基酚含量测定的新方法,修饰电极具有较好的重现性和稳定性。     

基于石墨烯/金纳米复合材料的无酶葡萄糖传感器

以抗坏血酸(AA)为还原剂,通过一步还原法将氧化石墨烯和氯金酸同时还原,合成石墨烯/金纳米复合材料,并直接滴涂于玻碳电极表面,构建基于石墨烯/金纳米复合材料的无酶葡萄糖传感器。采用循环伏安法和线性扫描伏安法对传感器的性质进行了研究。结果表明,该传感器能催化葡萄糖的氧化,且其氧化峰电流随葡萄糖浓度的增大而增大。测定葡萄糖的线性范围为0.01~2.5mmol/L(R=0.9964),检出限(S/N=3)为3μmol/L。对同一浓度的葡萄糖溶液平行测定8次,其电流强度的相对标准偏差(RSD)为2.6%。该传感器制作简单、稳定性好,将其用于葡萄糖注射液的检测,方法灵敏,其加标回收率为92.9%。     

壳聚糖/氧化石墨烯纳米复合材料的形态和力学性能研究

通过溶液共混法成功制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料. 透射电镜(TEM)结果表明, 氧化石墨烯纳米粒子在壳聚糖基体中分散良好. 拉伸实验结果表明, 随氧化石墨烯含量的增加, 氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度均显著改善, 加入4 wt%的氧化石墨烯能够使纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度分别提高123%和117%|但另一方面, 却也在一定程度上使复合材料的断裂伸长率或韧性下降.     

石墨烯-聚苯胺类超级电容器复合电极材料

聚苯胺理论比容量高、易合成,是一种理想的电极材料,但其循环寿命差,而石墨烯具有高的理论比表面积,将二者复合,充分利用两者之间的协同效应,能够使复合材料具有优异的电化学电容性能。本文回顾了近几年石墨烯-聚苯胺纳米复合材料在超级电容器中的最新研究结果及其制备方法,并对如何优化电极的结构与性能进行讨论,同时介绍了石墨烯-聚苯胺类电极材料在有机超级电容器中的应用进展,最后对石墨烯-聚苯胺复合材料的前景进行了展望。超级电容器用石墨烯-聚苯胺纳米复合材料的发展取决于其合理的微观结构设计,构建理想的三维多孔结构以避免聚苯胺的膨胀与收缩现象是研究的方向之一,此外,在改善石墨烯和聚苯胺间弱的界面相互作用的同时寻求石墨烯性能与功能化的平衡仍是难点,机械性能优异的聚苯胺纳米复合材料对于柔性全固态超级电容器的研究也会起到关键作用。     

氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备及其SERS效应研究

近年来,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料由于其优异的表面增强拉曼散射（SERS）性能引起了人们极大的关注,在污染物检测、化学传感和癌症诊断等领域具有重要的应用价值。本文综述了氧化石墨烯片层上修饰金银纳米粒子、氧化石墨烯包覆金银纳米粒子、氧化石墨烯附着在金银纳米粒子层三种氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备方法,对其SERS效应进行了详细介绍。SERS研究表明,结合了金银纳米粒子与氧化石墨烯两种材料各自在SERS研究与应用中的优势,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的SERS性能比单纯金银纳米粒子更加优异。氧化石墨烯在其中起到了化学增强、分子富集、钝化保护、荧光猝灭的重要作用。氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料在表面增强拉曼光谱中具有广阔的应用前景。     

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展

石墨烯和碳纳米管都是纳米尺寸的碳材料,具有极大的比表面积、良好的导电性以及优秀的机械性能等特性. 选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合材料,它们之间可以产生一种协同效应,使其各种物理化学性能得到增强,因而这种复合材料在很多领域有着极大的应用前景. 以石墨烯/碳纳米管复合材料为综述对象,详细地介绍了它的制备、掺杂和应用等方面的进展,同时也对其发展前景进行了展望. 这种复合材料不仅被成功地应用在电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器和其它领域,而且也会在这些领域内深化并向其它领域延伸.     

石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备进展

石墨烯/碳纳米管复合材料具有石墨烯和碳纳米管的共同特性,它弥补了石墨烯不连续和碳纳米管网存在间隙这两方面缺点。 本文探讨了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备新进展,阐述了利用自组装合成、非原位合成以及非化学合成等方法制备厚度薄、强度高和比电容高等特点的石墨烯/碳纳米管复合薄膜的方法,对石墨烯/碳纳米管复合薄膜在传感器、锂电池和超级电容器等方面的应用前景进行了展望。     

Chemistry at the Edge of Graphene

The selective functionalization of graphene edges is driven by the chemical reactivity of its carbon atoms. The chemical reactivity of an edge, as an interruption of the honeycomb lattice of graphene, differs from the relative inertness of the basal plane. In fact, the unsaturation of the p_z orbitals and the break of the π conjugation on an edge increase the energy of the electrons at the edge sites, leading to specific chemical reactivity and electronic properties. Given the relevance of the chemistry at the edges in many aspects of graphene, the present Review investigates the processes and mechanisms that drive the chemical functionalization of graphene at the edges. Emphasis is given to the selective chemical functionalization of graphene edges from theoretical and experimental perspectives, with a particular focus on the characterization tools available to investigate the chemistry of graphene at the edge.     

Functional Graphene by Thiol‐ene Click Chemistry

Thiol‐ene click reaction was successfully employed for chemical modification of graphene oxide (GO) by one‐step synthesis. Herein, 2,2‐azobis(2‐methylpropionitrile) (AIBN) was used as thermal catalyst and cysteamine hydrochloride (HS?(CH₂)₂?NH₂HCl) was used as thiol‐containing compound, which is incorporated to GO surface upon reaction with the C=C bonds. The hydrochloride acts as protecting group for the amine, which is finally eliminated by adding sodium hydroxide. The modified GO contains both S‐ and N‐containing groups (NS‐GO). We found that NS‐GO sheets form good dispersion in water, ethanol, and ethylene glycol. These graphene dispersions can be processed into functionalized graphene film. Besides, it was demonstrated that NS‐GO was proved to be an excellent host matrix for platinum nanoparticles. The developed method paves a new way for graphene modification and its functional nanocomposites.     

SiC衬底上石墨烯的性质、改性及应用研究

大面积高质量石墨烯的制备及其改性对于纳电子器件相关研究有重要意义. 本文综述了近年来SiC衬底上石墨烯的相关研究, 包括外延法制备石墨烯、石墨烯与SiC衬底的作用机理、SiC衬底上石墨烯的改性方法以及外延石墨烯在器件等方面应用的重要进展. 目前, 外延法的工艺较为成熟且制备的较大面积石墨烯品质较好. SiC衬底和石墨烯之间的相互作用与衬底的表面原子种类、表面态、原子成键、钝化程度、电荷转移等密切相关, 其对石墨烯的电子能带、载流子种类产生明显影响. 实验与理论计算的结合可望加深对SiC衬底与石墨烯作用机理的理解, 并指导外延石墨烯改性及其在器件应用方面的进一步研究.     

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.     

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。     

Oxygen Reduction on Anthraquinone Diazonium Compound Derivatised Multi‐walled Carbon Nanotube and Graphene Based Electrodes

In this work, graphene and multi‐walled carbon nanotubes were derivatised with anthraquinone (AQ) groups using spontaneous or electrochemical grafting of Fast Red AL salt. Glassy carbon (GC) electrodes were coated with AQ‐modified carbon nanomaterials to study the oxygen reduction reaction (ORR). These nanomaterials were characterised by X‐ray photoelectron spectroscopy and multilayer formation of AQ on the electrografted electrodes was observed. All the modified electrodes showed enhanced electrocatalytic activity towards the ORR in alkaline media. High AQ loading on the electrodes was found and the number of electrons transferred per O₂ molecule was between 2 and 4. In addition, the stability testing of AQ‐derivatised carbon nanomaterial‐coated GC electrodes was performed.     

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。     

石墨烯复合材料电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用

监测肿瘤标志物水平变化是评估肿瘤治疗效果的重要方法.基于石墨烯复合材料构建的电化学免疫传感器可实现对肿瘤标志物的检测,检测灵敏度高、特异性好,是快速、准确分析肿瘤标志物含量的理想检测工具.本文重点阐述了石墨烯复合材料的电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用进展.总结了其在肿瘤标志物检测中应用的优势和不足,最后对基于石...