石墨烯的功能化修饰及作为润滑添加剂的应用研究进展

石墨烯优异的导热性能和减摩抗磨性能以及化学惰性,使其非常适合作为高性能、环保的润滑添加剂。石墨烯已成为潜在的高性能纳米润滑材料,但石墨烯难以稳定分散于水和润滑油中的特性,使其应用受限,因此必须对石墨烯进行可控功能化修饰。本文回顾了石墨烯功能化修饰的最新研究进展,主要包括共价键和非共价键功能化修饰。重点介绍了石墨烯作为油基润滑添加剂和水基润滑添加剂的减摩抗磨性能,及其润滑作用机理。同时指出了石墨烯的可控功能化修饰、石墨烯负载纳米粒子功能化以及其摩擦化学反应润滑机理等领域的研究值得关注。     

石墨烯的功能化修饰研究进展

介绍了石墨烯功能化修饰的研究情况,主要综述了共价键修饰方法(如亲核取代反应、亲电取代反应、缩合反应和加成反应等)和非共价键修饰方法(如聚合物包覆、芳香族分子吸附和生物大分子相互作用等)。最后对石墨烯功能化修饰的发展方向进行了展望。     

Liquid-phase exfoliation, functionalization and applications of graphene

Graphene has attracted intense interest due to its exceptional physical and chemical properties as well as its wide potential applications. The processability and stability of this two-dimensional material in a variety of solvents have been the prerequisites for its functionalization, which will generate more interesting properties for further applications. In this mini review, we present and discuss the current status of liquid-phase exfoliation of graphene from various types of graphite, followed by a topical summarization of recent progress in the functionalization and applications of graphene.     

石墨烯类材料的应用及研究进展

石墨烯是碳原子以sp²杂化形成的单原子层厚度的具有二维空间结构的晶体,具有优异的力学性能、导电性能以及超大的比表面积,且耐高温和耐酸碱腐蚀,被认为是非常有潜力的新型碳材料.本文从石墨烯的特殊结构和性能出发,结合近几年国内外的研究发展现状,综述了石墨烯在生物材料、薄膜材料、催化材料、储能材料等领域的应用.对石墨烯类材料在实际应用中存在的一些问题进行了简单的分析,并对未来石墨烯在电子器件、复合材料等方面的发展进行了展望.     

Exploring the methods of synthesis,functionalization, and characterization of graphene and graphene oxide for supercapacitor applications

Graphene and graphene oxide, are attracting more attention over the last decades in the area of supercapacitor research and researchers concentrate on extensive exploration, owing to their dominating electrical conductivity, combined with mechanical properties. This review is a panoramic approach, giving insights into various aspects related to graphene and graphene oxide such as their properties, production methods, functionalities, and their applications in supercapacitors. The study ought to be beneficial to novice as well as to the domain experts. Various properties of both materials are explored and both synthesis methods are elaborated. Extra emphasis is given to bring out the role of graphene and graphene oxide in promoting the performance of supercapacitors. Synthesis methods are tabulated based on the evaluation metrics like specific capacitance and capacitance retention. Finally, the application of graphene and graphene oxide in supercapacitors are highlighted. Before concluding, perspectives along with challenges for further development are proposed and are expected to facilitate researchers in shedding light on further studies in this explorative area.     

石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的研究进展

石墨烯是由单层碳原子紧密堆叠而成的蜂窝状材料,具有比表面积大、传热性能好、导电能力强等优点,普遍应用于各个领域。但由于石墨烯使用过程中易团聚,导致其应用领域受限。石墨烯组装而成的3D石墨烯拥有更大的活性表面积等特性,近年来引发密切关注。与此同时,石墨烯、3D石墨烯改性成为当前探究的焦点。本文在介绍石墨烯、3D石墨烯的结构、性能及石墨烯制备的基础上,总结了3种复合材料的主要制备途径,并且分析了其合成方法的利弊。重点探讨了它们在锂离子电池、燃料电池的电化学催化剂及传感器中的应用,简述了复合材料优良性能产生的机理。提出在掺杂改性中应注意各元素掺杂量、掺杂比例、掺杂位点的确定等问题。最后指出了石墨烯、3D石墨烯及其复合材料的制备还面临不稳定、无法大规模生产、导电率低的瓶颈并对其在固态金属锂电池、透明电池、吸附材料等领域的发展前景做了展望。     

氧化石墨烯的功能化及其生物相容性研究

利用改进Hummers法合成纳米级氧化石墨烯(GO),并将羧基和氨基化聚乙二醇(PEG-NH2)共价交联到GO表面,形成功能化的氧化石墨烯(PGO)。考察PGO在水、PBS和生理溶液中的稳定性,并以肝脏细胞为研究对象,结合MTT细胞毒性检测,评价PGO的生物相容性。结果表明,PGO在生理溶液中最稳定,且对肝脏细胞的毒性小,具有良好的生物相容性。     

石墨烯防腐涂层研究进展

石墨烯是目前厚度较薄,硬度和强度较高的一种新型二维层状结构的碳材料,具有优异的化学惰性、抗氧化能力和阻隔性能。针对石墨烯在海洋有机防腐涂层领域的应用,归纳了石墨烯的防腐机理,主要在于屏蔽作用、缓蚀作用、加固作用和阴极保护作用,指出了石墨烯在涂层应用中存在易团聚、难定向排列、自身结构有缺陷等问题,提出了相应的改进措施并评价了改善效果,最后展望了石墨烯防腐涂层在多功能化、智能化和绿色化的未来发展方向。     

石墨烯制备方法的研究进展

近年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能,在化学、物理和材料学界引起了广泛的研究兴趣。人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展。本文总结了一些石墨烯的制备方法,如微机械剥离法、液相或气相直接剥离法、化学气相沉积法和氧化石墨还原法等,并简单分析了各类制备方法的优缺点。     

石墨烯负载电催化剂的研究进展

石墨烯由于其独特的平面结构、较大的比表面积和良好的导电性能,作为电催化剂的载体被应用于燃料电池领域。综述了以石墨烯为载体,负载一元贵金属、二元合金、氧化物、多元复合的电催化剂的研究进展,分析了各种电催化剂的催化活性,对石墨烯在燃料电池领域未来的发展前景进行了展望。     

单分散聚合物微球的制备及功能化研究进展

综述了单分散聚合物微球常用的制备方法(乳液聚合法、种子聚合法、分散聚合法、沉淀聚合法、悬浮聚合法和膜乳化法等),介绍了单分散聚合物微球的功能化研究进展,包括磁性微球、多孔微球、温度/pH响应微球、阳离子微球以及微球官能团化等等。最后提出了多种聚合方法的相互结合是制备功能性单分散聚合物微球的一大趋势,开发多功能的单分散聚合物微球、实现批量生产是其近期的重点研究方向。     

石墨烯复合材料的改性研究进展

总结了GE(石墨烯)复合材料的研究进展。详述了无机类GE复合材料(如金属氧化物/GE复合材料、金属/GE复合材料)、聚合物类CE复合材料[聚合物如St(苯乙烯)、苯胺、乙烯类、PF(酚醛树脂)和EP(环氧树脂)等]的制备和应用。最后展望了功能化GE改性聚合物类复合材料的研究方向。     

石墨烯基橡胶复合材料的研究进展

综述了近年石墨烯基橡胶复合材料的制备方法及研究成果,重点阐述了复合材料的热传导性、导电性以及气体阻隔性能方面的最新研究进展。同时对石墨烯基橡胶复合材料的发展前景进行了分析与展望,开发石墨烯表面化学修饰新方法和形态结构调控新工艺以及石墨烯基橡胶母料的高效、低成本制备技术将是该领域今后发展的主要方向。     

自修复超疏水材料的制备及功能化研究进展

该文归纳了近年来自修复超疏水材料的研究进展,总结了外援型和本征型自修复超疏水材料的制备方法,并介绍了功能化自修复超疏水材料及其应用,最后指出了自修复超疏水材料现阶段所面临的挑战和未来的发展方向。与普通超疏水材料相比,自修复超疏水材料具有优良的表面稳定性和循环使用性,其使用寿命得到明显延长。此外,将自修复超疏水材料功能化,还能够进一步扩大其使用范围。随着科学技术的发展,自修复超疏水材料必将在电子电器、医疗卫生、人工智能、海水淡化等众多领域中发挥关键性作用。     

核壳型石墨烯金属纳米复合材料的研究进展

介绍了石墨烯、石墨烯复合材料及核壳型石墨烯金属纳米复合材料的性质及用途,分析了核壳型石墨烯金属纳米复合材料在小分子生物、电化学、催化、防腐、吸附、导热材料等领域的应用前景,综述了核壳结构的石墨烯金属纳米复合材料的研究进展、合成方法及应用机理,展望了核壳型石墨烯金属纳米复合材料在处理水体污染和电化学传感器检测领域的发展前景。     

Thermal conductivity and structure of non-covalent functionalized graphene/epoxy composites

Non-covalent functionalization was used to functionalize graphene nanosheets (GNSs) through π–π stacking of pyrene molecules with a functional segmented polymer chain, which results in a remarkable improvement in the thermal conductivity of GNS-filled polymer composites. The functional segmented poly(glycidyl methacrylate) containing localized pyrene groups (Py-PGMA) was prepared by atom transfer radical polymerization, and Py-PGMA was characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy. Raman spectra, X-ray photoelectron spectroscopy and thermogravimetric analysis reveal the characteristics of Py-PGMA–GNS. Differential scanning calorimetry indicated that the functional groups on Py-PGMA–GNSs can generate covalent bonds with the epoxy matrix, and further form a cross-linked structure in Py-PGMA–GNS/epoxy composites. The Py-PGMA on the GNS surface not only plays an important role to facilitate a homogeneous dispersion in the polymer matrix but also improves the GNS–polymer interaction, which results in a high contact area. Consequently, the thermal conductivity of integrated Py-PGMA–GNS/epoxy composites exhibited a remarkable improvement and is much higher than epoxy reinforced by multi-walled carbon nanotubes or GNSs. The thermal conductivity of 4 phr Py-PGMA–GNS/epoxy has about 20% (higher than that of pristine GNS/epoxy) and 267% (higher than pristine MWCNT/epoxy).     

石墨烯及化学改性石墨烯的胶状悬浮物合成研究进展

详细综述了石墨烯及化学改性石墨烯(CMG)的胶状悬浮物的合成工艺进展,从氧化石墨、氧化石墨烯及石墨其他衍生物的溶解性质和合成路径等方面展开论述。石墨烯的胶状悬浮物合成工艺既提供了大批量生产石墨烯的可能性,在化学改性修饰方面也有普遍的适用性。     

煤基石墨烯及其复合材料研究进展

石墨烯作为一种新型的碳纳米材料,因其具有独特的力学、电学、光学特性,目前已成为材料领域的研究热点。与此同时,石墨烯复合材料的研究也迅速兴起。为了降低制备成本,越来越多的研究者正寻求更为廉价的制备方法。煤炭作为一种廉价的碳源,可以作为制备石墨烯的原料。笔者介绍了煤基石墨烯类材料的制备、应用情况,并对未来发展作出了展望。     

石墨烯及衍生除油材料的研究进展

原油采油过程或海上石油泄漏将产生大量的含油污水,给环境带来了巨大的威胁。石墨烯及衍生材料具有较大的比表面积、特殊的孔结构等特性,在含油废水除油领域引起人们的广泛关注。综述了三维石墨烯和石墨烯复合膜等石墨烯衍生除油材料在处理含油废水领域的研究进展。对三维石墨烯除油材料的研究旨在优化微孔结构和表面润湿性,提高机械性能和使用寿命;石墨烯复合膜油水分离材料主要提高膜的通量、抗污能力和稳定性。目前石墨烯及衍生除油材料合成工艺较繁琐且稳定性较差,未来对石墨烯及衍生除油材料的研究将着眼于降低成本、提高稳定性和适用性。