煤基石墨烯系列材料的可控制备及其在CO2还原过程中的应用进展

石墨烯作为一种结构、性能独特的二维碳材料在CO₂还原转化过程中展现出良好的应用前景,寻找石墨烯丰富的碳质前驱体和可控制备方法是实现其大规模应用的基础。煤炭作为一种富碳矿物资源,含有丰富的官能团和高芳香度纳米石墨微晶结构。以煤炭及其衍生物为碳源制备高附加值石墨烯材料具有独特优势,是同时实现煤炭材料清洁化利用和石墨烯低成本实际应用的重要途径。针对不同变质程度煤种,从化学组成和煤质结构出发,通过适当的分子剪裁和化学结构组装,成功实现了系列多尺度、多形态煤基石墨烯材料的可控制备。常用的制备方式包括：机械力剪切、化学插层氧化、电化学剥离、气相沉积、阳极电弧放电及液相自组装等。如通过化学氧化或超声物理剪裁煤大分子结构制备零维石墨烯量子点;煤炭热解得到的含碳烃类小分子气体通过化学气相沉积制备二维石墨烯薄膜;煤炭高温石墨化后通过物理或化学剥离得到二维石墨烯纳米片;二维石墨烯经过结构自组装制备三维石墨烯气凝胶。由于煤基石墨烯的组成及其表界面结构具有易调控、可修饰等特性,其在CO₂还原过程中展现出良好的催化活性。通过总结煤基石墨烯系列材料在CO₂     

石墨烯气凝胶的制备方法及在二次电池中的应用研究进展

石墨烯气凝胶是由石墨烯片层经过相互搭接、组装而成的三维多孔网络结构,具有高电导率、高比表面积、高孔隙率、较高柔韧性和弹性及低密度等特点,在海水表面吸附油污、机械减震、杂质过滤等领域获得了应用。综述了石墨烯气凝胶的主要制备方法,包括自组装法、化学交联法、模板法、3D打印法等,并重点阐述了石墨烯气凝胶在新能源二次电池领域如锂离子电池、锂/硫电池、钠离子电池中的应用研究进展,为探索石墨烯气凝胶的新型制备方法及电池应用提供借鉴。     

石墨烯在聚合物改性中的应用进展

单个片层石墨烯具有独特的二维结构和突出的优异性能,具有巨大的应用潜力。将石墨烯引入聚合物基体制备纳米复合材料可显著提高材料的综合性能,这种新型纳米材料已成为研究的热点。文章概述了石墨烯在聚合物改性的最新应用进展,介绍了原位聚合法、熔融共混法和溶液共混法制备石墨烯复合材料的研究现状。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA·h·g^-1）而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

钯/石墨烯复合材料的制备及其性能表征

石墨烯常被用于储能器件的电极材料,然而采用化学方法制备的石墨烯其实际应用性能远低于其理论值。有鉴于此,本文提出了利用惰性金属钯纳米材料解决石墨烯实际应用中存在的电导率差和易产生团聚的问题。制备的钯/石墨烯复合材料具有优异的导电性能,比单一石墨烯材料具有更高的电导率,这表明金属钯纳米颗粒显著改善石墨烯片层间的堆叠团聚以及结构缺陷问题。此外,研究了金属钯纳米颗粒对于钯/石墨烯复合电极材料功率密度的影响。     

锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能

锂硫电池因具有超高的理论比容量(1675 mA·h·g~(-1))而被认为是最具有应用前景的二次电池。但硫基正极面临着硫导电性差、利用率低、正极结构稳定性差等问题。采用KOH化学活化法将廉价易得的农业废弃物玉米苞叶制备为多孔碳材料后,与升华硫复合获得硫/碳复合材料。利用XRD、SEM、TEM和BET对该硫/碳复合材料的微观结构、形貌等进行表征发现,玉米苞叶制备的多孔碳材料具有类石墨烯片层结构,且表面具有大量的介孔结构,硫元素均匀分布在多孔碳材料中。采用恒流充放电和交流阻抗法对该复合材料正极电化学性能进行测试发现其具有较高的放电比容量和良好的循环性能,这是由于类石墨烯片层结构的多孔碳材料提高了硫正极的导电性,且其极大的比表面积大幅增加了电化学反应位点,提高了硫的利用率。     

城市环境所在石墨烯气凝胶结构调控方面取得进展

正石墨烯是碳原子以sp~2杂化方式构建的二维蜂窝状纳米片层,因其优异的理化性能和超大的理论比表面积,在光电、催化、传感器、环境修复等的领域都展现出良好的应用发展前景。石墨烯片层组装构建的三维网络结构气凝胶,不但良好保持了片层的优良特性,同时在环境修复应用中还便于回收和循环使用,是石墨烯应用的重     

石墨烯气凝胶的制备与应用研究进展

石墨烯气凝胶(GA)是由二维石墨烯构建形成的、具有互联多孔网络结构的三维宏观体材料,在能量存储、环保、催化和抗电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。GA的性能和结构因制备方法不同差异较大,综述了原位组装、模板法、化学交联和3D打印技术制备GA的特点和研究现状,总结了其在不同领域的应用前景。进一步提高GA的性能、实现GA材料的可控设计、降低制备成本、开发出易于大规模操作的制备方法仍是一个重要研究方向。     

石墨烯气凝胶的制备与应用研究进展

石墨烯气凝胶(GA)是由二维石墨烯构建形成的、具有互联多孔网络结构的三维宏观体材料,在能量存储、环保、催化和抗电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。GA的性能和结构因制备方法不同差异较大,综述了原位组装、模板法、化学交联和3D打印技术制备GA的特点和研究现状,总结了其在不同领域的应用前景。进一步提高GA的性能、实现GA材料的可控设计、降低制备成本、开发出易于大规模操作的制备方法仍是一个重要研究方向。     

石墨烯基气凝胶的制备及油吸附性能研究进展

海上漏油的频繁发生以及采油废水、工业含油污水的大量排放造成水资源大片污染和生态系统平衡的严重破坏。目前，从水体中分离油品和有机污染物已受到越来越多的商业和学术的关注。石墨烯基气凝胶是由二维石墨烯片层组装成的三维宏观材料，因其孔隙率高、比表面积大、密度低、机械性能强等特点在油水分离领域具有广阔的应用前景，已成为当今的研究热点之一。本文结合最新研究进展系统地总结了石墨烯基气凝胶的结构设计、组装及干燥方法，归纳了近年来其在油水分离中的应用进展，并对石墨烯基气凝胶在油水分离领域的研究现状和未来研究方向做了简要评述，以期为该领域的深入探索提供新的视角。     

Graphene: a versatile nanoplatform for biomedical applications

Graphene, with its excellent physical, chemical, and mechanical properties, holds tremendous potential for a wide variety of biomedical applications. As research on graphene-based nanomaterials is still at a nascent stage due to the short time span since its initial report in 2004, a focused review on this topic is timely and necessary. In this feature review, we first summarize the results from toxicity studies of graphene and its derivatives. Although literature reports have mixed findings, we emphasize that the key question is not how toxic graphene itself is, but how to modify and functionalize it and its derivatives so that they do not exhibit acute/chronic toxicity, can be cleared from the body over time, and thereby can be best used for biomedical applications. We then discuss in detail the exploration of graphene-based nanomaterials for tissue engineering, molecular imaging, and drug/gene delivery applications. The future of graphene-based nanomaterials in biomedicine looks brighter than ever, and it is expected that they will find a wide range of biomedical applications with future research effort and interdisciplinary collaboration.     

石墨烯在光催化水解制氢中的应用

由于石墨烯优异的电子结构和电子传输性能,使得其在光催化领域的研究得到了广泛的关注。本文简要介绍了最新以石墨烯为基础的复合光催化剂的制备方法及其在催化水分解制氢方面的应用,重点评述了石墨烯及其氧化物、TiO2与石墨烯类复合物、CdS与石墨烯类复合物、含氧金属酸盐与石墨烯类复合物等的光催化性能,简要说明了光敏化、贵金属负载、非金属掺杂等对复合物光催化性能的影响。最后,指出对于石墨烯与纳米材料复合物的结构及光催化作用的机理都有待于进一步的研究,以便充分利用石墨烯的二维平面结构制得具有较高光催化水解制氢活性的催化剂。     

Graphene-based flexible and stretchable thin film transistors

Graphene has been attracting wide attention owing to its superb electronic, thermal and mechanical properties. These properties allow great applications in the next generation of optoelectronics, where flexibility and stretchability are essential. In this context, the recent development of graphene growth/transfer and its applications in field-effect transistors are involved. In particular, we provide a detailed review on the state-of-the-art of graphene-based flexible and stretchable thin film transistors. We address the principles of fabricating high-speed graphene analog transistors and the key issues of producing an array of graphene-based transistors on flexible and stretchable substrates. It provides a platform for future work to focus on understanding and realizing high-performance graphene-based transistors.     

石墨烯基电吸附电极材料的研究进展

电容去离子技术是一种高效节能、绿色环保的基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术。该技术的关键和核心在于电极材料的选择。石墨烯因具有较高的比表面积、电导率以及优异的物理化学特性,被认为是一种理想的电极材料。本文从石墨烯电极材料性能设计角度出发,归纳总结了针对石墨烯材料特性(亲水性、比表面积/孔隙、导电性)的研究现状,分析存在的问题,并展望了石墨烯基电容去离子电极材料的发展前景。     

石墨烯的电化学制备及其在储能领域的应用

石墨烯自发现以来,因其具有一系列优异的物理和化学性质,得到人们的广泛关注。如何实现石墨烯高质量、低成本、规模化的制备,是人们研究的重要方向之一。电化学方法制备石墨烯具有简单、经济、环境友好等优点,有望实现高质量石墨烯的大批量生产。石墨烯良好的电化学性能,使其在储能领域有很好的应用前景。重点介绍了近几年电化学制备石墨烯的方法、原理及研究进展等,并对石墨烯在储能领域的应用进行综述。     

Nonlinear vibration behavior of graphene resonators and their applications in sensitive mass detection

ABSTRACT: Graphene has received significant attention due to its excellent mechanical properties, which has resulted in the emergence of graphene-based nano-electro-mechanical system such as nanoresonators. The nonlinear vibration of a graphene resonator and its application to mass sensing (based on nonlinear oscillation) have been poorly studied, although a graphene resonator is able to easily reach the nonlinear vibration. In this work, we have studied the nonlinear vibration of a graphene resonator driven by a geometric nonlinear effect due to an edge-clamped boundary condition using a continuum elastic model such as a plate model. We have shown that an in-plane tension can play a role in modulating the nonlinearity of a resonance for a graphene. It has been found that the detection sensitivity of a graphene resonator can be improved by using nonlinear vibration induced by an actuation force-driven geometric nonlinear effect. It is also shown that an in-plane tension can control the detection sensitivity of a graphene resonator that operates both harmonic and nonlinear oscillation regimes. Our study suggests the design principles of a graphene resonator as a mass sensor for developing a novel detection scheme using graphene-based nonlinear oscillators.     

石墨烯基自支撑夹层材料在锂硫电池中的研究进展

近年来,高比能锂-硫电池作为最具前景的新能源储存装置之一引起了人们的广泛关注。然而,在该电池体系中,中间产物聚硫化物的溶解造成的穿梭效应会明显降低电池的循环性能和硫利用率,严重阻碍锂-硫电池的推广应用。综述了近年来石墨烯和石墨烯基复合自支撑中间层材料在锂-硫电池中的应用,例如,通过物理或化学限域的方法减缓多硫化物的穿梭并改善锂-硫电池电化学性能等,并对石墨烯基复合自支撑中间层材料未来在锂硫电池中的实际应用进行了展望。     

石墨烯基复合材料在新能源转换与存储领域的应用现状、 关键问题及展望

石墨烯具有独特的二维结构、较大的理论比表面积、高载流子迁移率、高杨氏模量以及高热导率等特性,一直以来被视为新能源转换与存储领域的潜在应用材料。这些优势使其可以与一种或多种高活性的无机/有机材料通过共价键/非共价键进行复合,并通过协同效应来改善材料自身的缺陷,实现材料的性能最优化,进而拓展了其应用范围。因此,如何设计并合成具有一定功能作用的石墨烯基复合材料,构筑新型石墨烯结构,满足能源及其相关领域对于材料相关性质的要求,成为石墨烯材料领域的研究热点方向之一。本文综述了近年来石墨烯基复合材料的设计思路及该类材料在新能源转换与存储领域上的应用现状,并对其在各领域存在的关键问题进行了总结。最后,对石墨烯在各领域今后的研究和发展方向进行了展望。     

石墨烯基材料在CO2分离膜领域的研究进展

节能高效的CO₂分离技术的开发具有重要的现实及长远意义,膜法CO₂分离在该领域备受关注,具有优异传质特性的新型分离膜材料对膜分离过程有决定性的影响。近年来,石墨烯及其衍生材料因独特的单原子层厚度、亚纳米级别的孔道结构以及优异的机械、化学和热稳定性,成为气体分离膜领域的研究热点,膜的加工难度、技术成本、大面积制备、工作稳定性等问题是限制其实际应用的关键因素。石墨烯基CO₂分离膜主要有三种形式：纳米孔石墨烯膜、层状结构氧化石墨烯膜、基于石墨烯及其衍生材料的混合基质膜。本文综述了石墨烯基CO₂分离膜领域的突破性研究进展,重点介绍了气体的跨膜传质机理和膜的构性关系,总结了膜性能的优化思路和原理,梳理了石墨烯基CO₂分离膜发展面临的挑战,提出了潜在的研究方向。分析表明,进行系统的理论研究,采用先进的表征手段,以建立膜构性关系的理论模型,指导膜结构设计是未来研究的重点。此外,进一步降低膜加工成本,充分研究膜在实际工作环境中的稳定性也至关重要。     

Conductance modulation of charged lipid bilayer using electrolyte-gated graphene-field effect transistor

Graphene is an attention-grabbing material in electronics, physics, chemistry, and even biology because of its unique properties such as high surface-area-to-volume ratio. Also, the ability of graphene-based materials to continuously tune charge carriers from holes to electrons makes them promising for biological applications, especially in lipid bilayer-based sensors. Furthermore, changes in charged lipid membrane properties can be electrically detected by a graphene-based electrolyte-gated graphene field effect transistor (GFET). In this paper, a monolayer graphene-based GFET with a focus on the conductance variation caused by membrane electric charges and thickness is studied. Monolayer graphene conductance as an electrical detection platform is suggested for neutral, negative, and positive electric-charged membrane. The electric charge and thickness of the lipid bilayer (Q_LP and L_LP) as a function of carrier density are proposed, and the control parameters are defined. Finally, the proposed analytical model is compared with experimental data which indicates good overall agreement.