石墨烯基复合材料在光催化中的应用

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯均有良好的物理和化学性质,其巨大的表面积和良好的共轭结构,使其成为改善光催化技术的优良基体。利用石墨烯与半导体复合制备新型复合光催化剂能够避免或改善半导体光催化剂的不足,例如,禁带较宽和对可见光不敏感等缺点。综述了石墨烯复合材料在降解有机污染物、水制氢、催化有机合成、催化CO2转化和催化杀菌等光催化中的应用。提出了通过改进复合物的制备技术以保持石墨烯的片层结构,以及开发多元的复合材料将成为该领域的重点研究之一。     

石墨烯基半导体复合光电极研究进展

作为一种新型二维纳米材料,石墨烯因具有优异的电荷传输能力、大的比表面积、高可见光透过率、柔韧的结构以及化学稳定性等特点而被广泛关注。将石墨烯与半导体材料复合已成为新型光电催化电极材料的研究热点之一。综述了石墨烯基光电极的制备以及新型石墨烯基光电复合材料在有机污染物的降解、分解水制氢、还原CO₂等领域的应用。最后,对石墨烯基半导体材料在光电催化领域存在的问题及其未来发展进行了展望。     

石墨烯纳米复合材料在光催化应用中的研究进展

石墨烯即"单层石墨片",是近年来人们发现和合成的具有独特的单原子层、二维晶体结构的纳米材料.利用石墨烯与半导体材料复合以提高光催化活性,已成为新型光催化研究的热点之一.对石墨烯及其应用进行了简单的叙述,重点报道了石墨烯在光催化制氢、光催化降解和光电转换应用方面的研究动态,以及用不同方法合成的石墨烯光催化复合材料,为以后石墨烯与其他材料的复合提供了实验依据.     

石墨烯-铋系氧化物复合光催化材料

当前环境和能源问题越来越突出,以TiO2为代表的半导体光催化剂能够有效利用太阳能,为解决这方面问题提供了可能,其中铋系氧化物具有较高的可见光催化活性,近年来受到广泛关注。石墨烯是2004年发现的一种新型二维碳纳米材料,利用石墨烯优良的导电性能和较高的比表面积使之与铋系氧化物复合,从而提高铋系氧化物的光催化性能,是当前光催化研究领域的热点之一。相较于离子掺杂、半导体复合,它能够避免在铋系氧化物内部形成新的缺陷(光生电子空穴复合中心)。阐述了石墨烯在增强铋系氧化物光催化性能方面的最新研究进展和成果,综述了石墨烯复合对铋系氧化物的影响,即石墨烯的复合会使铋系氧化物吸光性增强,比表面积增加,光生电流增强,且光催化效率与石墨烯负载量之间存在极值关系;分析了石墨烯与铋系氧化物之间的化学键对其光催化性能的影响。最后,从石墨烯-铋系氧化物的制备、化学键合作用等方面展望了其发展趋势。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能，同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点，其独特的三维结构有利于引入其他功能材料，从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构，并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此，本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用，在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子，从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单，容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成，研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响，以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构，原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻，而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

石墨烯制备与带隙调控的研究进展

石墨烯的独特结构和性能使其在纳米电子、半导体器件等领域中的研究成为热点课题。综述了石墨烯的结构特性及制备方法,重点评述了石墨烯带隙调控的方法及其原理,概括了各种方法可实现的带隙调节范围及研究现状,并介绍了半导体石墨烯在纳米电子器件上的应用前景,提出今后值得关注的研究方向。     

石墨烯的能带调控及其应用的研究进展

在过去的十多年时间里,石墨烯以其优异的物理性能、化学可调性以及潜在的应用前景引起了广泛关注。然而本征石墨烯是一种零带隙的半金属,这极大地限制了其在很多领域的应用。因此,石墨烯的能带调控并将其由金属性转变为半导体性的相关研究,具有极其重要的意义。综述了现阶段在石墨烯电子结构和能带调控方面的研究进展,并深入探讨了半导体性石墨烯的应用领域和前景,为石墨烯的应用和产业化提供借鉴。     

一种新型石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料的制备及光催化应用

二维石墨烯优异的理论电子迁移率,为石墨烯与粉煤灰地质聚合物的复合以及半导体光生电子的传输提供了理论依据。本工作首次报道了石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料的制备,并将其应用于光催化染料降解的探索性研究。XRD、FESEM、XPS及FT-IR结果表明:粉煤灰颗粒与碱性激发剂反应,生成Si-O-Si(Al)无定形网络结构的石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料,Co~(2+)掺杂的Fe_2O_3以无定形态均匀地分布于石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料表面。Co~(2+)-10Fe_2O_3-GAFG复合材料对碱性品蓝染料展现出最高的光催化降解活性,归因于Co~(2+)掺杂提供给Fe_2O_3半导体的施主能级,石墨烯对Fe_2O_3光生电子的快速传输,以及羟基自由基(·OH)对染料分子氧化降解的协同作用。该光催化降解反应符合二级反应动力学。     

石墨烯复合吸波材料的研究进展及未来发展方向

吸波材料是解决电磁波辐射污染的有效手段和影响雷达隐身的关键因素,该材料的研究对军用和民用都具有非常重要的意义,因此它一直是各国尖端科技的重要研究方向之一。自石墨烯被首次发现,学术界便掀起了对二维材料的研究热潮,相关学者开展了各类型石墨烯复合材料的研究,且在吸波领域的理论研究和新型吸波材料的开发取得了突出成果,短短几年时间内,石墨烯已经成为了新型复合吸波材料的研究热点。相比铁氧体、炭黑等传统吸波材料,石墨烯应用于吸波材料具有以下优势:(1)独特的二维材料性质、巨大的性能可调控工作表面;(2)良好的导电性以及特殊的边界效应。然而,单纯以石墨烯作为吸波剂的吸波材料,其性能测试结果与预期值存在显著差距,无法实现开发一种新型轻质、高效吸波材料的预期目标。因此,近三年来石墨烯复合吸波材料的研究重点主要集中在石墨烯二维结构的吸波机理和石墨烯/磁损耗型复合吸波材料的制备,研究者主要从选择合适的磁性纳米成分和优化制备工艺方面不断探索,并取得了丰硕的成果,深度挖掘出石墨烯对电磁波的潜在吸波性能。目前,通过优化石墨烯复合吸波材料组分已基本可以实现2～18 GHz频段范围内反射率小于-10 dB。对于石墨烯电磁波吸收机理的研究,主要依托其二维结构,应用密度泛函理论和原子-键电负性均衡理论模型来探索本征石墨烯和掺杂石墨烯的构型;在较高性能的石墨烯复合吸波材料制备过程中已取得成功应用的磁性纳米成分包括四氧化三铁、铁酸镍、硫化镉等。其中,以四氧化三铁、氧化铁为代表的铁氧体应用得最早;随着共沉淀法、溶剂热法等制备方法的不断成熟,各类新型磁性纳米颗粒可以与石墨烯复合,使之兼具磁损耗和电损耗能。近两年,相关学者将超材料的思想引入石墨烯复合吸波材料的研发中,以结构设计为手段,实现了新型透明石墨烯复合吸波材料的制备。此外,由于石墨烯自身的功能特性,石墨烯复合吸波材料大多也具有高效的热传导性能和良好的结构强度,可以实现材料的结构功能一体化。本文归纳总结了石墨烯复合吸波材料的研究历程和最新研究进展,介绍了石墨烯复合吸波材料的二维结构吸波机理、磁性掺杂成分的选择、大尺寸材料的制备工艺,分析了石墨烯复合吸波材料亟需解决的问题并展望其未来发展前景,以期为制备"宽薄轻强"的新型石墨烯复合吸波材料提供参考。     

一种新型石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料的制备及光催化应用

二维石墨烯优异的理论电子迁移率,为石墨烯与粉煤灰地质聚合物的复合以及半导体光生电子的传输提供了理论依据.本工作首次报道了石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合光催化材料的制备,并将其应用于光催化染料降解的探索性研究.XRD、FESEM、XPS及FT-IR结果表明:粉煤灰颗粒与碱性激发剂反应,生成Si-O-Si(Al)无定形网络结构的石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料,Co2+掺杂的Fe2O3以无定形态均匀地分布于石墨烯-粉煤灰基地质聚合物复合材料表面.Co2+-10Fe2O3-GAFG复合材料对碱性品蓝染料展现出最高的光催化降解活性,归因于Co2+掺杂提供给Fe2O3半导体的施主能级,石墨烯对Fe2O3光生电子的快速传输,以及羟基自由基(·OH)对染料分子氧化降解的协同作用.该光催化降解反应符合二级反应动力学.     

TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及其光催化应用研究进展

以石墨烯材料修饰TiO2半导体光催化材料能够促进电子-空穴的有效分离,增大半导体表面的氧化物种富集程度,提高光催化活性。因而石墨烯-TiO2复合材料在光催化领域中被广泛研究。综述了TiO2负载在石墨烯膜/片上结构、TiO2-石墨烯异质结结构、TiO2-石墨烯核-壳式结构、TiO2-石墨烯及其他掺杂物纳米复合材料的制备,及其在光催化应用中的最新研究进展。     

ZnO基复合材料的制备及光催化应用研究新进展

介绍了氧化锌(ZnO)基纳米复合材料的制备,包括ZnO与贵金属、石墨烯以及其他半导体材料的复合,调研了ZnO基不同复合纳米材料的光、电以及气敏等特性,综述了ZnO基纳米复合材料光催化性能研究的最新进展,并提出了展望。     

铝-锰-石墨烯复合镀层的制备与性能研究

采用AlCl_3+LiAlH_4+MnCl_2的四氢呋喃-苯有机溶剂体系,在7075铝合金基底上制备铝-锰-石墨烯复合镀层。通过正交试验设计的方法,利用极差分析法研究了石墨烯浓度、电流密度、电镀时间、搅拌速度对镀层显微硬度和摩擦系数的影响,并对石墨烯浓度影响显著的因子进行单因素优化实验,对复合镀层的显微硬度、摩擦系数、表面形貌、结构、成分进行了研究,并遴选出显微硬度和摩擦系数的最佳石墨烯浓度。     

石墨烯基吸附剂的特性、吸附原理、改性复合及 研究方法

石墨烯具有独特的结构和优异性能,适合用作水处理吸附材料。介绍了与吸附相关的石墨烯的结构及特性,石墨烯基材料对不同污染物的吸附原理;基于石墨烯的性质和结构特点,对石墨烯基材料的改性、复合方法及其研究方法作了较详细论述。鉴于石墨烯基材料再生性能的重要性,对磁性石墨烯及三维石墨烯吸附材料作了简单介绍,最后对石墨烯基吸附剂研究的发展方向作了展望。     

石墨烯-聚苯胺复合氨敏膜的制备及应用

以石墨烯和苯胺为原料,采用原位自组装技术制备了石墨烯-聚苯胺(PANI)复合氨敏膜。利用紫外-可见光谱、扫描电镜对薄膜结构、微观形貌进行了表征;测试了基于复合薄膜的氨气传感器的响应性能;分析了薄膜与氨气分子的作用机理,并研究了石墨烯掺杂量和制备工艺对薄膜性能的影响。结果表明,石墨烯-聚苯胺复合薄膜对氨气具有良好的响应,其气敏特性明显优于单一的石墨烯薄膜和石墨烯/聚苯胺分层薄膜,分析认为石墨烯不仅为苯胺聚合提供了基体(成核模板),增大复合薄膜的比表面积,同时对聚苯胺具有掺杂作用,在复合薄膜中形成了π-π共轭结构。     

低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料的制备研究

采用乙醇超声分散和机械球磨法制备了石墨烯掺杂铝复合粉体,然后通过氩气气体保护热压烧结制备了石墨烯质量分数为0.5%的石墨烯掺杂铝复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜、EDS、Raman激光光谱等分析了复合粉体及复合材料微观形貌,研究了不同石墨烯掺杂铝混合粉体的球磨时间对复合材料微观结构的影响。结果表明,较佳的球磨时间为3h。制备的低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料组织致密,石墨烯均匀分散在铝基体中,石墨烯保持较好的微结构特征,该复合材料具有广泛的应用前景。     

单层石墨烯电子结构的调控策略和对接的研究进展

石墨烯因其出色的力学、物理和化学等性能在半导体、储氢、医学和生物传感器等方面表现出良好的应用前景,近年来成为人们的研究焦点,但是石墨烯特殊的电子结构使其在有效应用的过程中存在一定的局限性。本文综述了优化石墨烯电子结构的调控策略和单层石墨烯对接的研究进展,重点分析了边缘形状、缺陷和掺杂、机械应变对石墨烯电学性质的影响;介绍了单层石墨烯对接的方法和相关电学性质;最后对石墨烯的对接和应用进行了展望。     

石墨烯纤维研究进展

石墨烯纤维是2011年才发展起来的一种以天然石墨为最初原料的新型碳质纤维,由石墨烯或者功能化石墨烯纳米片的液晶原液经湿法纺丝一维有序组装而成。石墨烯纤维具有良好的机械性能、电学性能和导热性能,可用于导电织物、散热、储能等领域。将其他物质引入石墨烯纤维中还可得到特定功能的石墨烯复合纤维,如将聚合物加入石墨烯纤维得到结构精巧、力学性能良好的石墨烯仿贝壳纤维;将磁性纳米粒子加入得到磁性的石墨烯复合纤维;加入Ag纳米线得到高导电的石墨烯复合纤维。石墨烯纤维良好的柔韧性使其在柔性器件如柔性超级电容器等领域得到应用。综述了石墨烯纤维的研究现状,对纯石墨烯纤维、石墨烯复合纤维的制备和应用进行了详细的阐述,并对石墨烯纤维的发展方向进行了展望。     

石墨烯基复合超级电容器材料研究进展

石墨烯基复合材料因其优异的性能广泛应用于各个领域,尤其在超级电容器的研究中。本文对石墨烯基复合超级电容器材料的结构进行了分类,并分别从石墨烯-碳基复合材料、石墨烯-导电高分子复合材料、石墨烯-过渡金属化合物复合材料的角度,总结了不同石墨烯基复合超级电容器材料的研究进展,重点强调了优化电极结构和提高电极性能之间的关系。同时,概述了石墨烯基复合材料在锂离子电池、太阳能电池、催化等其他方面的应用。获得高能量密度、功率密度以及长循环寿命的超级电容器是其作为电极材料的发展趋势。     

氧化石墨烯在纺织品领域的抗菌应用

目的总结归纳氧化石墨烯及其复合材料在抗菌纺织品类包装材料的应用现状,为氧化石墨烯及其复合材料在纺织领域的应用提供参考。方法总结氧化石墨烯的性能、结构特点以及抗菌机理,阐述氧化石墨复合材料、复合纤维材料和复合织物等纺织品类材料的抗菌性能应用,并简单讨论氧化石墨烯的抗菌影响因素和氧化石墨烯的生物安全性。结果氧化石墨烯具有二维纳米结构、优异的比表面积和水溶性,纺织品类包装材料通过与氧化石墨烯的复合应用可改善其抗菌性能。目前,氧化石墨烯抗菌性能的应用尚处于初级阶段,需要更深入的研究。结论随着对氧化石墨烯研究的不断深入,氧化石墨烯在抗菌纺织品类包装材料的应用会越来越广泛。