石墨烯吸附有机分子硝基苯性质的第一性原理研究_赵银昌

石墨烯复合材料的制备及对环境污染物的吸附性能研究焦晶晶;何丽君;崔文航;刘建平;郑利梅【摘要】石墨烯(Graphene,G)是由类似苯环结构组成的蜂窝状二维晶形结构,具有大的比表面积和共轭体系,是一种优良的吸附剂.但G化学稳定性极好,几乎不溶解;另外,层与层之间强大的π-π共轭作用,致使其易在水或有机溶剂中发生聚集,不利于其本身特性的展现.将G与其它材料复合,不仅可以改善G的分散性,而且可以赋予复合材料一些新的特性.该文综述了近年G复合材料的制备方法及其作为吸附剂在吸附环境污染物中的研究进展,对吸附机理进行了简述,并对G复合材料作为吸附剂的发展趋势进行了展望.%Graphene(G) is an efficient adsorbent in many fields,which composes of a two-dimensional monolayer with a honeycomb-like aromatic structure.It possesses a great specific surface area and a huge π-π conjugated system.However,the stable chemical property,indissolubility with s olvents and the strong π-π interaction between the layers,lead to the irreversible agglomerates of G in aqueous solution and restrict its further application.G could be composited with some other materials such as polypyrrole,polymeric ionicliquids,Fe3O4@SiO2,etc.G composites could not only improve the dispersion of G in solution,but also give some novel characteristics to the composites.In this paper,the preparation of G composites by chemical or physical methods was summarized.The adsorption performances of G composites as adsorbents for environmental pollutants including pesticide residues,benzene derivatives,organic dyes and heavy metal ions wasreviewed.Besides,the future development trends of G composites as adsorbents were also discussed.【期刊名称】《分析测试学报》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】8页(P1159-1165,1170)【关键词】石墨烯复合材料;吸附剂;制备;环境污染物;综述【作者】焦晶晶;何丽君;崔文航;刘建平;郑利梅【作者单位】河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】O647.32;TB332近年，环境污染事件屡见不鲜，引起了越来越多的关注。

一种集成式自供电纳米化学传感器的设计和制作项目成员：何旺球（1426410514）王鹏云1426410408 陶俊贤1326410232 黄家仪1326410116指导教师：祝元坤摘要：本项目以石墨烯作为基本功能单元，设计并制备一种新型的集成式化学分子驱动自供电传感器件；超薄二维纳米材料（石墨烯）作为基本功能单元制备新一代的自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。

石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖且另一部分暴露，当器件接触极性分子时，可以产生明显的电信号。

因此，本项目的研究具有一定应用前景和重要学术价值。

该类自供电传感器件可能应用于生产微型纳米传感器，具有自主创新知识产权。

1引言近年来，随着纳米材料及纳米科学技术研究的不断深入，各种微纳电子器件不断被研究开发，并在军事、生物医学、环境监测等领域展现出十分诱人的应用前景[1]。

微纳电子器件不仅尺寸小，而且具有功耗低、速度快、易于大规模集成、可移动等特点，但微纳电子器件需要有微尺度电源系统来供给电能，来维持正常工作。

随着电子产品小型化，亟待开发即能为之提供能量并且小、轻、具有柔性的自供电传感器件。

如果微电源器件能够持续收集环境中的能量并转换为电能，将会永久性解决电池耗尽的问题。

因此，开发具有能量转换功能的微电源，并与传感器等器件集成构建自供电系统，是非常迫切的。

可穿戴、物联网、智慧城市等新兴产业的发展将推动微纳电子器件市场的迅速发展，牵引微电源产品的技术变革和不断创新。

微纳自供电器件是当今的研究热点，目前的研究集中在以下几点：1）不断提高能量转换效率。

如何在减小尺寸的同时保持高的能量转换效率，需要新材料和新工艺。

2）具有柔韧性。

未来可穿戴、可移植等器件的发展需要柔性的器件与之配套。

3）易于集成。

为满足自供电、自供能驱动等系统的需求，微电源器件应易于和传感器等进行集成。

4）可从环境中持续捕获能量。

微电源器件不仅要有能量存储功能，还要能持续将环境中的能量转换为电能。

摘要：石墨烯作为一种新型二维材料，具有独特的物理化学性质，在众多领域展现出巨大的应用潜力。

本文对石墨烯的制备方法、特性、应用领域进行了综述，旨在为石墨烯材料的研究提供参考。

一、引言石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维晶体，具有优异的力学、电学、热学和光学性能。

自2004年石墨烯被发现以来，其研究取得了显著的进展。

本文对石墨烯的制备方法、特性、应用领域进行综述，以期为石墨烯材料的研究提供参考。

二、石墨烯的制备方法1. 机械剥离法：机械剥离法是制备石墨烯的一种简单、高效的方法。

通过将石墨片在金刚石针尖下进行机械剥离，可以得到单层石墨烯。

2. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是一种制备高质量石墨烯的方法。

该方法在高温下将碳源气体在金属催化剂上分解，形成石墨烯。

3. 水热法：水热法是一种制备石墨烯的新技术。

通过将石墨烯前驱体在高温高压下进行反应，可以得到高质量的石墨烯。

4. 微机械剥离法：微机械剥离法是一种基于微机械加工技术制备石墨烯的方法。

通过在石墨烯上施加应力，使其发生剥离，从而获得单层石墨烯。

三、石墨烯的特性1. 优异的力学性能：石墨烯具有极高的强度和韧性，是已知材料中最强的二维材料。

2. 良好的电学性能：石墨烯具有优异的电导率，是已知材料中最高的二维材料。

3. 热学性能：石墨烯具有优异的热导率，可以有效传递热量。

4. 光学性能：石墨烯具有优异的光吸收和光催化性能。

四、石墨烯的应用领域1. 电子器件：石墨烯具有优异的电学性能，可以应用于制备高性能电子器件，如场效应晶体管、晶体管等。

2. 能源存储与转换：石墨烯具有良好的电化学性能，可以应用于锂离子电池、超级电容器等能源存储与转换领域。

3. 光学器件：石墨烯具有优异的光学性能，可以应用于制备高性能光学器件，如光子晶体、光学传感器等。

4. 生物医学领域：石墨烯具有良好的生物相容性，可以应用于生物医学领域，如药物载体、生物传感器等。

五、结论石墨烯作为一种新型二维材料，具有独特的物理化学性质，在众多领域展现出巨大的应用潜力。

石墨烯相关研究文献汇总1.取少量鳞片石墨溶于芘-1-磺酸钠盐（Py-1-SO3）溶液，然后对溶液进行超声分散、离心洗涤，然后取上层溶液，进行表征。

经AFM 测试可知石墨片大小在0.2～0.4um，厚度在1～4nm。

从拉曼光谱得知，提高超声的处理时间可以减小石墨片的大小，并能得到较高的D 峰。

具体实验：取1mg芘-1-磺酸钠盐溶于10ml 蒸馏水中，并向其中加入30mg 鳞片石墨，超声80min后，离心（1000rpm，20min）去除大块未剥离的石墨，然后对上层液再离心（12000rpm，20min）收集上层液，向离心管下层加蒸馏水超声后再次离心收集上层液，如此重复三次。

将四次收集的上层液再次离心，去除石墨微粒，即为石墨烯分散液。

本文献还采用芘的其他磺酸盐和NMP进行分散作为对比研究。

文献：A simple method for graphene production based on exfoliation of graphite in water using 1-pyrenesulfonic acid sodium salt. Carbon,53 (2013) 357 –365.2.将天然石墨溶于IPA（2-丙醇）或DMF（二甲基甲酰胺）有机溶剂中，然后对溶液进行超声分散、离心后取400ul上层液，进行表征。

具体实验：取适量天然石墨分散在2-丙醇或者DMF中（1mg/mL），然后对溶液进行长时间超声，离心取上层溶液（400ul），滴于多孔无定形碳上（400目）进行TEM测试，另取400ul滴于氧化硅基底或者玻璃基底上，进行SEM及拉曼测试。

本文对不同的超声时间、有机溶剂以及超声时水的温度做了系统的探究，得出以下结论：随着超声时间的增加，石墨的碎片化显著增加（通过拉曼光谱ID /IG=C(λ)/La，La石墨碎片的平均尺寸）；石墨分散在一些与其表面自由能相近的溶剂中，其混合后的晗变接近于零，这样剥离石墨烯所需的能量较小（这样溶剂-石墨的相互作用是范德华力而不是共价键）。

《文献检索与科技论文写作》作业学生姓名年级专业班级学号指导教师职称目录第一部分文献查阅练习 (1)第二部分文献总结练习 (7)第三部分科技论文图表练习 (8)第四部分心得体会 (11)第一部分文献查阅练习1、黄毅，陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用.中国科学B辑:化学2009年第39卷第9期:887-896摘要：石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展，并对功能化石墨烯的应用作了介绍，最后对相关领域的发展趋势作了展望.关键词：功能化应用2、胡耀娟,金娟.石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用.物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)Acta Phys.-Chim.Sin.,2010,26(8)：2073-2086摘要：石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质.有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一.本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。

关键词：制备功能化应用.3、杨永岗,陈成猛,温月芳.新型炭材料.第23卷第3期2008年9月：193-200摘要：石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料。

单层石墨烯表面钠原子吸附行为的第一性原理孙闻;杨绍斌;沈丁;董伟【摘要】构建了3种典型的石墨烯吸附钠原子模型(NaxC72(1≤x≤7)),采用密度泛函理论对其进行了系统计算,研究了最低能量构型的吸附能、平均电压、重叠布居以及原子布居、电荷密度差分、电子局域密度和态密度等性质.通过吸附能确定石墨烯表面最可能的钠原子吸附形式,当钠原子吸附数量x＜5时,钠原子优先以双面吸附的形式吸附于石墨烯表面;当x≥5时,钠原子以团簇的形式吸附于石墨烯表面.平均电压计算结果表明,随着x的增加,平均电压先降低后出现升高趋势,对应x=4时石墨烯吸附钠的最大容量达124 mAh/g.电荷密度差分、电子局域密度及Mulliken布居分析表明,临近石墨烯表面的钠原子3s电子转移至石墨烯的反键π轨道,钠原子和碳原子之间形成弱离子键,距离石墨烯表面较远的钠原子3s电子与周围钠原子共享,钠原子之间形成金属键.态密度计算结果表明,随着x的增加,NaxC72(1≤x≤7)的费米能级向石墨烯反键π轨道移动,导电性增强.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2019(034)002【总页数】7页(P146-152)【关键词】钠离子电池;石墨烯;钠团簇;负极材料【作者】孙闻;杨绍斌;沈丁;董伟【作者单位】辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TM9121 前言环境污染问题日益突出，风能、太阳能等清洁能源的利用越来越受到人们的关注，但这些清洁能源具有间歇性和随机性，限制了广泛应用。

大规模储能技术是解决清洁能源高效利用瓶颈的关键技术[1-3]。

目前常见的储能体系中，锂离子电池因工作电压高、能量密度大和循环寿命长成为理想规模储能电源。

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种独特的二维碳纳米材料，自2004年被科学家首次成功剥离以来，便以其优异的物理和化学性质引起了全球范围内的广泛关注。

其超大的比表面积、出色的电导性能、良好的热稳定性和极高的化学稳定性，使得石墨烯在吸附材料领域具有巨大的应用潜力。

本文旨在全面综述石墨烯吸附材料的制备方法、性能优化以及在不同领域的应用研究进展，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有价值的参考。

文章将概述石墨烯吸附材料的基本特性，包括其结构特点、吸附性能以及吸附机理等。

随后，我们将详细介绍石墨烯吸附材料的制备方法，包括化学气相沉积、氧化还原法、剥离法等多种方法，并分析各种方法的优缺点。

在此基础上，文章还将探讨如何通过对石墨烯进行改性或复合，进一步优化其吸附性能。

文章还将重点关注石墨烯吸附材料在环境保护、能源储存与转换、生物医学等领域的应用研究进展。

例如，在环境保护领域，石墨烯吸附材料可用于水处理、空气净化以及土壤修复等方面；在能源储存与转换领域，石墨烯吸附材料可用于锂离子电池、超级电容器等电化学器件中；在生物医学领域，石墨烯吸附材料则可用于药物递送、生物传感等方面。

文章将总结石墨烯吸附材料目前的研究现状和未来发展趋势，以期为相关领域的研究提供有益的参考和指导。

二、石墨烯吸附材料的制备方法石墨烯吸附材料的制备方法多种多样，主要包括化学气相沉积法、氧化还原法、剥离法以及模板法等。

化学气相沉积法（CVD）：这是一种在气态环境中，通过化学反应在固体表面生成固态物质的过程。

在制备石墨烯时，通常使用含碳有机气体（如甲烷）在高温条件下分解，然后在催化剂（如铜或镍箔）表面生成石墨烯。

这种方法制备的石墨烯具有大面积、高质量的优点，适用于大规模生产。

氧化还原法：这种方法通常使用石墨作为原料，首先通过强氧化剂（如浓硫酸和硝酸）将石墨氧化成石墨氧化物，然后使用还原剂（如氢碘酸）将石墨氧化物还原成石墨烯。

基于石墨烯基复合吸波材料的构筑及其研究进展一、石墨烯基吸波材料的构筑石墨烯是由碳原子通过共价键连接而成的二维晶格结构，具有优异的导电性和导热性，是吸波材料的理想候选材料。

石墨烯基吸波材料通常是将石墨烯与其他功能材料进行复合构筑而成。

常见的构筑方法包括：化学还原法、物理混合法、溶液混合法、原位生长法等。

化学还原法是目前应用最为广泛的一种构筑方法，其步骤主要包括氧化石墨烯的制备、还原剂还原以及功能材料的加入等。

通过这些构筑方法，可以有效地调控石墨烯的结构和性能，从而获得具有优异吸波性能的石墨烯基复合吸波材料。

二、石墨烯基吸波材料的研究进展1. 石墨烯基复合吸波材料的性能优化随着对吸波材料性能要求的不断提高，石墨烯基复合吸波材料的性能优化成为当前研究的重点。

在复合材料中引入具有吸波性能的纳米材料，通过构筑复合结构实现多级吸波效应是目前的研究热点。

通过对石墨烯结构和形貌的调控，如制备多孔石墨烯材料、石墨烯纳米片等，也能够有效提升石墨烯基复合吸波材料的吸波性能。

2. 石墨烯基复合吸波材料的应用拓展除了在通信、航空航天、军事装备等领域的应用外，石墨烯基复合吸波材料在电磁兼容、医疗健康、建筑材料等领域也有着广阔的应用前景。

将石墨烯基复合吸波材料运用于医疗诊断中，可以有效减弱外部电磁干扰对医疗设备的影响，提高医疗诊断的精准度和准确性。

3. 石墨烯基复合吸波材料的工艺研究石墨烯基复合吸波材料的工艺研究包括材料构筑工艺、制备工艺、成型工艺等。

如何实现石墨烯与其他功能材料的均匀分散、如何保证石墨烯基复合吸波材料的稳定性和可复制性等是当前工艺研究的重点内容。

基于石墨烯基复合吸波材料的构筑及其研究进展为吸波材料领域的发展开辟了新的方向，具有重要的科研和应用价值。

希望本文可以为相关领域的研究者和工程技术人员提供一定的参考和帮助，推动石墨烯基复合吸波材料的研究和应用取得更大的成果。