氧化石墨烯纳米材料

自碳纳米管(CNTs)在1991年被Iijima报道以来［10］，这种具有一维纳米尺寸的管状碳材料以其独特的力学、电学、热学及光学特性，在电极材料、医学、储氢装置和催化剂等诸多领域［11～13］得到了广泛的应用。锂离子电池领域是碳纳米管相当有潜力的应用方向之一。首先，碳纳米管自身就是一种***的锂离子电池负极材料;其次，碳纳米管尤其是使用化学气相沉积技术制备的定向生长的三维碳纳米管阵列具备优异的机械强度，并且由于其独特的弹道电子传导效应及抗电迁移能力，其电导率可高达105S/m［14］。将其作为三维导电结构或导电添加剂加入到其他电极材料之中，不但可提高复合电极的电子与离子传输能力，还可***增强电极的机械性能。石墨烯防腐浆料可与基体材料进行复合，从而赋予该材料导电、导热、机械增强的性能。氧化石墨烯纳米材料

利用石墨烯的纳米效应，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜也是石墨烯应用到热管理中的途径之一。如中科院陈成猛团队[58]制备出一种柔性的石墨烯-碳纤维复合膜散热片，结果表明其热导率达到977W/(m·K)，其热传递的效果好于铜。**科大[59]制备出三维的石墨烯-碳纳米环薄膜，其热导率可达946W/(m·K)。浙江大学高超团队[60]报道了一种快速湿纺组装（wet-spinningassembly）的方法制备石墨烯薄膜，其热导率达530~810W/(m·K)。可见，将石墨烯和其他材料制备成复合薄膜，复合薄膜的新型氧化石墨烯材料石墨烯的结构非常稳定，碳碳键(carbon-carbon bond)为1.42。

催化剂可以是天然或合成材料，例如酶、有机化合物、金属和金属氧化物。碳纳米材料包括炭黑、碳纳米管（ＣＮＴ）、石墨烯及其衍生物，是许多合成催化剂的重要组分。它们已被用作有效催化剂或其他催化剂的载体。在上述碳材料中，石墨烯**近引起了**强烈的关注。这主要是由于石墨烯与开发新催化剂的其他碳同素异形体相比具有多项优势。一是，石墨烯的理论比表面积高达约２６００ｍ２·ｇ－１，是单壁碳纳米管的两倍，高于单壁碳纳米管、大多数炭黑和活性炭。这种结构特征使得石墨烯非常适合作为负载催化剂的二维载体的潜在应用。此外，局部共轭结构赋予石墨烯在催化反应中对基板的吸附能力增强。二是，石墨烯材料，尤其是化学改性石墨烯（ＣＭＧ），可以将氧化石墨及其衍生物作为起始原料，通过使用石墨以较低成本大规模获得。石墨烯材料不含碳纳米管中存在的几乎不可避免的金属杂质，这会阻碍催化反应中的碳纳米管性能。三是，石墨烯的优异电子迁移率促进催化反应期间的电子转移，改善其催化活性。四是，石墨烯还具有高的化学、热学、光学和电化学稳定性，可以提高催化剂的寿命。

氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是目前**常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片，此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化，氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原，得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然***得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷，导致其导电性不如原始的石墨烯，不过这个氧化−剥离−还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工，提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性，考虑量产的工业制程中，上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边呈现亲水至疏水的性质分布。

随着5G时代的到来，电子设备运行速度***增加的同时，其尺寸也在向微型化发展，这势必会导致电子设备在运行过程中产生大量的热量，从而影响其稳定性、可靠性和安全性。因此，设计和制备具有高性能的高导热散热材料是促进电子设备发展的关键问题之一。另外，随着工业的快速发展和人口的迅速增长，石油、煤炭、天然气等不可再生化石燃料的消耗日益增多，导致能源愈发短缺，因此制备能够有效吸收、转换和利用太阳能的新型热能存储材料成为了目前急需解决的难题。由于石墨烯具有高热导率、高吸光性及优异的机械性能，被作为制备热能存储材料、散热材料等热管理材料的理想选择。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。新型氧化石墨烯材料

氧化石墨烯是第六元素的产品之一。氧化石墨烯纳米材料

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。氧化石墨烯纳米材料