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半导体_石墨烯纳米复合材料的制备及其应用进展_嵇天浩

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石墨烯(基)纳米复合材料的研究进展

石墨烯(基)纳米复合材料的研究进展

石墨烯（基）纳米复合材料的研究进展作者：方鲲李玫来源：《新材料产业》2015年第11期石墨烯（Graphene）是21世纪纳米材料产业的新宠，它是已知的世界上厚度最薄（一个碳原子厚度）、强度最高和硬度最大的完全透明的二维碳素晶体材料，其在室温下的导热系数高达5 300W/（m·K），电子迁移率超过15 000cm2/（V·s），电阻率约为10-6Ω·m，为现有电阻率最小的导电材料；比表面约为2 600m2/g，理论弹性模量达到103GPa，拉伸强度达到125GPa[1]。

石墨烯的二维片晶状结构具有完全敞开的双表面结构特性，故使它具有大比表面积，并可以类似于不饱和有机分子一样可以进行一系列有机（表面和界面）加成反应，可以与其它有机物或无机物发生共价健的化学结合，从而提高复合材料的机械力学性能和导电、导热等性能。

高纯度、无缺陷的石墨烯生产工艺即费时产量又低，而化学方法生产的石墨烯，尤其氧化石墨烯（GO），可以克服上述的这些问题。

这些GO片的边缘被含氧基团官能化后，如环氧基、羧基、羰基、羟基，使得它具有强亲水性和高反应活性。

经过官能团修饰的石墨烯具有更加丰富的化学和物理特性，更容易与其他材料进行化学反应复合。

石墨烯分子的结构特性使得研究开发石墨烯为基底的纳米复合材料成为近年来国内外的前沿科技研究热点，并可以广泛应用在石墨烯/锂离子电池或石墨烯超级电容器的电极材料和传感器材料。

一、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要包括：机械剥离法、液相剥离法、晶体外延生长法、溶剂热法、化学气相沉积（CVD）法、氧化还原法以及由液相剥离法衍生出来的电解剥离法。

而一些特殊形态的石墨烯是根据以上方法改进而制备得到。

例如，泡沫石墨烯是在CVD法的基础上利用泡沫镍模板制作而成得。

在制备石墨烯（基）纳米复合材料中，大部分石墨烯是由氧化还原法以及CVD法制备而得，少量报道中的石墨烯是利用电解液相剥离法和溶剂热法制备。

一种石墨烯纳米复合材料及其制备方法[发明专利]

一种石墨烯纳米复合材料及其制备方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710652240.3(22)申请日 2017.08.02(71)申请人 四川亿家空间环保科技有限公司地址 610000 四川省成都市中国（四川）自由贸易试验区成都高新区天府五街200号4栋A区4楼(72)发明人 黄俊　尹振宇　(74)专利代理机构 成都正华专利代理事务所(普通合伙) 51229代理人 李蕊(51)Int.Cl.C08L 63/00(2006.01)C08K 13/04(2006.01)C08K 3/04(2006.01)C08K 3/22(2006.01)C08K 7/20(2006.01)C08K 5/5435(2006.01)C09D 163/00(2006.01)C09D 5/14(2006.01)C09D 7/12(2006.01)C01B 32/184(2017.01)C01B 32/19(2017.01)C01B 32/194(2017.01)B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01)(54)发明名称一种石墨烯纳米复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种石墨烯纳米复合材料，其制备方法包括以下步骤：（1）制备氧化石墨悬浮液；（2）氧化石墨悬浮液和赖氨酸铜反应，再加水合肼和NaBH 4还原；（3）加入乙二胺四乙酸二钠除铜；（4）将步骤（3）所得物、E-42环氧树脂、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、KH560和纳米勃姆石混合，超声分散；（5）将步骤（4）所得物、C12-14脂肪缩水甘油醚、纳米二氧化钛、玻璃微珠和樟脑于70-80℃反应2-3h。

本发明制得的石墨烯纳米复合材料有效解决了石墨烯的分散性问题，提高了复合材料的附着力，耐磨性能，抑菌效果，可用于环保涂料的制备。

权利要求书1页 说明书5页CN 107245224 A 2017.10.13C N 107245224A1.一种石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在超声波处理条件下将氧化石墨分散于水中，得到分散均匀的氧化石墨悬浮液；（2）向氧化石墨悬浮液中加入赖氨酸铜，搅拌均匀，调节溶液pH值为9-10，于75-85℃油浴下回流反应20-24h，然后加入水合肼和NaBH 4，于75-85℃油浴下回流反应1-2h；其中，氧化石墨、赖氨酸铜、水合肼和NaBH 4的质量比为1:3-6:1-2:10-12；（3）将步骤（2）所得物分散于水中，加入乙二胺四乙酸二钠，室温下反应12-13h，过滤，洗涤，干燥；其中，步骤（2）所得物与乙二胺四乙酸二钠质量比为1:3-5；（4）将步骤（3）所得物、E-42环氧树脂、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、KH560和纳米勃姆石按质量比为2-4:40-50:2-4:2-4:1-2:0.3-0.8混合，然后超声分散30-40min；（5）将步骤（4）所得物、C12-14脂肪缩水甘油醚、纳米二氧化钛、玻璃微珠和樟脑按质量比为2-5:10-12:3-5:1-3:0.2-0.5混匀，于70-80℃反应2-3h，制得。

石墨烯（基）纳米复合材料的研究进展

石墨烯（基）纳米复合材料的研究进展

石墨烯（基）纳米复合材料的研究进展
方鲲;李玫
【期刊名称】《新材料产业》
【年(卷),期】2015(000)011
【总页数】8页(P24-31)
【作者】方鲲;李玫
【作者单位】北京纳盛通 NST 新材料科技有限公司;热塑性复合材料工程技术研究所，石墨烯技术中心
【正文语种】中文
【相关文献】
1.石墨烯的分散性及石墨烯水泥基复合材料的研究进展 [J], 王宝民;姜瑞双;赵汝英
2.石墨烯增强金属基纳米复合材料的研究进展 [J], 张丹丹;郭长虹;勾兴军;战再吉
3.石墨烯纳米晶片对提高CNT-CB填充聚(1,4-顺式-异戊二烯)基纳米复合材料性能的作用 [J], 朱永康(编译);V.kumar;T.hanel;H.K.Chougule
4.功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展 [J], 苏峰华;张欣博;孙建芳
5.生物基没食子酸环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热性能 [J], 侯桂香;谢建强;李婷婷;脱晨阳;李波
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石墨烯纳米复合材料的制备及利用

石墨烯纳米复合材料的制备及利用

石墨烯纳米复合材料的制备及利用
裴晓丹
【期刊名称】《绿色环保建材》
【年(卷),期】2017(0)8
【摘要】石墨烯是一种新型的纳米材料,具有特殊的二维平面结构,其特殊结构决定了它具有优异的光学、热学、电学、力学性能,在诸多领域如生物学、电化学等具有良好的发展前景。

本文综述了石墨烯的制备过程包括Hummers法、化学气相沉积法、纵向切割碳管法等,以及其在生物传感器、生物成像和组织工程、锂电池等领域应用的研究发展。

探讨了石墨烯在应用过程中存在的问题。

最后对石墨烯的纳米材料的发展趋势和应用前景作出了评述。

【总页数】1页(P8-8)
【关键词】石墨烯;复合材料;制备技术;应用
【作者】裴晓丹
【作者单位】贵州大学矿业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332;TQ127.11
【相关文献】
1.石墨烯和石墨烯基纳米复合材料的制备及在生物医疗领域的应用 [J], 安静;郭桂真;罗青枝;王德松
2.纳米钛酸钡负载还原氧化石墨烯/PBO纳米复合材料的制备和性能 [J], 陈一;陈
文旗;成群林;李中权;庄启昕
3.聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料的制备及其在超级电容器中的应用 [J], 黄晓萍; 黄志锋; 苏炜华; 赵亚楠; 胡晓兰; 白华
4.纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解抗生素 [J], 霍朝晖; 杨晓珊; 陈晓丽; 张刚; 尹伟; 曹曼丽; 史蕾; 邱燕璇
5.石墨烯 / 多壁碳纳米管复合材料掺杂纳米金修饰电极的制备及应用 [J], 杨力;万向权;马壮
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石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展

石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展
的性能 ： 比表 面积超 大 ， 论值 为 ２ ３ 理 ６ ０ｍ ・ｇ ［ ； ３ 机 械性能 优 异 ， 氏模 量 达 １ ０ＴＰ ［ ； 导 率 为 ５ ０ 杨 ． ａ 热 ４ ３０
石墨烯 具有优 异的热性 能 、 力学 性能及 电性 能 ， 特 别 是氧化 石 墨烯 由于 成 本低 、 料 易 得 、 原 比表 面 积 超 大 、 面官 能 团丰 富 ， 表 在经过了稳 定存 在 的石 墨烯 。石 墨烯 得 的出现颠 覆 了传 统 理论 ， 使碳 的晶 体结 构 形成 了从 零 维 的富勒 烯 、 维的碳 纳米管 、 一 二维 的石墨烯 到三维 的 金 刚石和 石墨 的完整 体系 ］ 。 作 为一种 独特 的二 维 晶体 ， 墨烯 具 有 非常 优 异 石
ｍ 。。、
液 中的石墨烯 也可 与聚合物 单体混 合形成 复合材料 体 系 。此 外 ， 墨烯 的加入使 复合材料 多功 能化 ， 石 不仅 表 现 出优 异的 力学和 电学性能 ， 且具有 优 良的加工性 能 ，
为复合 材料 提供 了更广 阔的应用前 景 。
ｌＳ・ ｍ一 。张 好斌 等［］ １ 对微 孑 ＭＡＡ／ 墨烯 ３ ＬＰ 石
导 电纳米复合 材料 进行 了研 究 ， 现极 少 量 均匀 分 散 发
作 者在 此 阐述 了石 墨烯 纳 米 复 合 材 料 的制 备 方
法 ， 石墨烯 纳米 复合 材 料 的应 用研 究 进展 进 行 了综 对
的石墨烯 即能显著 改变 材料 的 泡孔 结 构 ， 为制备 综 合 性 能优异 的微 孔 发 泡材 料 提供 了基 础 。黄 毅 等ｎ 通 过 溶液共混 制备 了石 墨烯 增 强 的聚 氨 酯 （ Ｕ） Ｐ 复合 材
基体 中形 成纳米级 分散 ， 改善聚合 物 的热性 能 、 在 力学 性 能及 电性 能 等方 面 具有 更大 的潜 力 。石 墨烯／ 聚合

石墨烯及其复合材料的制备与应用

石墨烯及其复合材料的制备与应用

石墨烯及其复合材料的制备与应用第一章石墨烯的制备方法石墨烯，是一种由碳原子结构构成的碳材料，它被认为是材料领域中的一个热门话题。

石墨烯具有极为优秀的导电性、热导性、力学性能和化学稳定性等特征，具有广泛的应用前景。

目前，制备石墨烯的方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法等。

1.1 机械剥离法机械剥离法是最早被发现的一种石墨烯制备方法。

这种方法是通过机械剥离的方式，将多层石墨片中的单独层剥离出来，形成石墨烯。

机械剥离法可以简单地由实验室实现，但是它的局限是其产量非常低，得到的材料质量也较差。

1.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种应用较为广泛的制备石墨烯的方法。

这种方法通常需要使用铜等物质作为基板，在升高温度下，将碳源分子和氢气混合物输送到基板表面。

碳源与氢气一起在基板上表面催化生长，形成石墨烯。

1.3 化学还原法化学还原法是一种常见的制备石墨烯的方法。

这种方法需要使用氧化石墨在还原剂的作用下，将石墨氧化物还原成石墨烯。

化学还原法的优点是制备过程相对简单，且在生产过程中使用的仪器和设备也较为常见。

第二章石墨烯的应用石墨烯的应用潜力极大，主要应用于电子学、化学、材料学、生物学等多个领域。

以下主要介绍石墨烯在电子领域、能源领域、生物领域和热管理领域中的应用。

2.1 电子领域石墨烯具有非常出色的电子性能，具有很大的应用前景。

石墨烯可以用于制作高速电子器件、柔性电子器件和纳米电子器件等。

同时，石墨烯也可以用于制作生物电子学和储存设备等。

2.2 能源领域石墨烯在能源领域有着广泛的应用，可以用于制作超级电容器、锂离子电池和超导体等。

石墨烯还可以被用作太阳能电池材料的附加层，提高了太阳能电池的转换效率。

2.3 生物领域石墨烯在生物领域应用也非常广泛。

它可以被用作药物传递系统，用于治疗癌症和其他疾病。

同时，石墨烯也可以用于生物传感器，用于检测生物分子和细胞等。

2.4 热管理领域石墨烯具有良好的热导性能，可以在热管理领域应用。

石墨烯纳米复合材料的研究及其应用

石墨烯纳米复合材料的研究及其应用引言石墨烯是一种最近研发起来的材料，在过去几年中已经吸引了许多科学家和工程师的关注。

石墨烯的独一无二的特性使得其成为了新时代材料科学研究的重要领域之一。

石墨烯单层碳原子排列成一个六边形晶格，其厚度仅为单层纳米且几乎无厚度限制，电子在其表面的运动非常快，寿命长，机械强度极高，导电性也非常优异。

这些特性及其它许多优点使得石墨烯物理和化学的性质十分广泛。

本文将全面介绍石墨烯纳米复合材料的研究及其应用领域。

一、石墨烯纳米复合材料的制备方法1. 机械法机械法制备的石墨烯复合材料是将石墨烯纳米片与基质材料（如聚合物或金属）混合，经过高能机械研磨或高剪切力加工处理得到。

这种制备方法简单易行，适用范围广，成本低廉。

但石墨烯的质量容易受制备条件、基质材料的质量等因素的影响，难以控制。

2. 化学还原法化学还原法制备的石墨烯复合材料是将氧化石墨烯与基质材料进行混合，然后通过还原处理得到。

这种制备方法可以实现大范围和高质量的石墨烯纳米片制备。

但是由于这种方法使用的还原剂一般为有毒物质，制备过程对环境污染大。

3. 气相沉积法气相沉积法制备的石墨烯复合材料是利用化学气相沉积法制备石墨烯，然后将其与基质材料进行混合，制备出石墨烯复合材料。

这种方法生成的石墨烯复合材料具有高质量、高稳定性，但是成本较高。

二、石墨烯纳米复合材料应用的领域1. 储氢领域石墨烯纳米复合材料在储氢领域具有广泛的应用前景。

由于石墨烯具有高表面积、橄榄式晶体结构和良好的导电性能，使得其在氢吸附、存储和释放等方面有着潜力的应用。

同时，石墨烯复合材料的强度和稳定性也具有优势，对于储氢性能进行改进具有重要的作用。

2. 生物医学领域石墨烯纳米复合材料在生物医学领域也具有广泛的应用前景。

石墨烯复合材料可以应用于治疗癌症、制造更好的心血管材料，并且还可以制造出具有高灵敏度的生物传感器。

同时，由于石墨烯具有高比表面积，使得其能够提高药物的吸附效率，提高药物在体内的有效性，因此可以用于制造药物载体材料。

石墨烯纳米复合材料及其应用

石墨烯纳米复合材料及其应用
石墨烯纳米复合材料是指将石墨烯与其它材料（如金属、聚合物等）复合而成的新型材料。

石墨烯是一种只有一个原子厚度的碳原子晶格，具有高强度、高导电性和高导热性等特性。

将石墨烯与其它材料复合能够进一步优化其性能，并扩展其应用领域。

石墨烯纳米复合材料的制备方法多样，常用的方法包括机械混合、溶液法、化学合成等。

一般来说，制备的过程中需要控制好复合材料中石墨烯与其它材料之间的相互作用，以提高石墨烯的分散性和稳定性。

例如，通过表面修饰或化学反应，能够将石墨烯上的氧化物或氨基替换为有机基团，从而有效地降低石墨烯的亲水性，提高其在有机载体中的分散性。

石墨烯纳米复合材料具有多种精密仪器领域的应用，例如在传感器和电子器件的设计中扮演了重要角色。

特别是石墨烯与金属复合的导电性能优异，可以应用在高灵敏度传感器的设计中。

此外，石墨烯与聚合物复合的力学性能也得到了广泛关注，它们在制备高强度复合材料、飞机零部件等方面的应用也表现出出色的潜力。

总之，石墨烯纳米复合材料具有优良的性能和广泛的应用潜力，制备技术的不断发展和深入研究将有助于其在更多领域的应用。

石墨烯及其复合材料的制备和应用

石墨烯及其复合材料的制备和应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的二维材料，它在近年来获得了广泛的关注和研究。

作为一种材料，石墨烯的力学性能、电学性能、热学性能以及光学性能等都十分优异。

因此，石墨烯的制备和应用成为了当前材料科学领域的研究热点之一。

石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积和机械剥离两种方式。

化学气相沉积是一种通过高温化学反应在金属基板上合成石墨烯的方法。

在高温下，石墨烯的前体气体会在金属表面上沉积，最终形成石墨烯薄膜。

机械剥离是一种在石墨烯母体上通过机械手段剥离出石墨烯片的方法。

这种方法是最早被发现的石墨烯制备方法之一，并且也是目前制备石墨烯的主流方法之一。

尽管这两种方法都能够有效地制备出石墨烯，但是它们都存在着一定的缺陷。

化学气相沉积方法制备的石墨烯片表面质量较好，但是薄膜的制备过程比较昂贵，而机械剥离方法制备的石墨烯片可以获得较大尺寸的石墨烯，但是质量较差。

随着对石墨烯性能的深入研究，石墨烯复合材料逐渐成为了研究的重点之一。

石墨烯复合材料是将石墨烯与其他材料复合而成的材料。

这种材料由于石墨烯的优异性能加入到其他材料中，其性能将会得到有效提升。

例如，在高分子材料中加入小量的石墨烯，可以获得更好的机械性能和热导率，从而有助于其在电子器件和为汽车轻量化而设计的材料的应用中。

石墨烯与纳米颗粒复合材料也是另一个热门领域。

这种材料将石墨烯和纳米颗粒复合，可以获得更好的电催化性能和光电性能，从而有助于其在太阳能电池和电化学传感器等领域的应用。

除了在材料科学领域的应用外，石墨烯在生物医学和能源存储等领域也展现出了巨大的应用潜力。

在生物医学领域，石墨烯的生物相容性和生物活性可以帮助其在医学诊断和治疗领域的应用。

例如，将石墨烯与荧光探针复合，可以制备出可以用于癌症早期诊断和治疗的荧光探针。

在能源存储领域，石墨烯的大比表面积和优异的导电性能可以有效提升电化学性能，有助于其在高能量密度的电池和超级电容器等领域的应用。

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第 28 卷 第 6 期 2013 年 12 月
文章编号： 1007-8827（ 2013） 06-0401-07
新型炭材料 NEW CAＲBON MATEＲIALS
Vol. 28 No. 6 Dec. 2013
半导体 /石墨烯纳米复合材料的制备及其应用进展
嵇天浩， 孙 妹， 韩 鹏
（ 北京工商大学 理学院，北京 100048）
该制备过程主 半导体 /石墨烯纳米复合材料的制备及其应用进展
·403·
体纳米 复 合 材 料［18］。Li 等［19］ 用 Hummer 法 合 成 GO，并 超 声 分 散 于 水 中 得 到 GO 分 散 液，再 用 SnCl2·2H2 O进行还原 得 到 SnO2 纳 米 晶 / 石 墨 烯 复 合材料。在该合成方法中，Sn2 + 还原 GO 同时完成 了自身被氧化与石墨烯生成，可避免引入任何附加 的化学试剂，为制备含石墨烯的 SnO2 纳米复合材料 提供了一条简便、廉价而有效的途径。电化学实验 表明，大尺寸的石墨烯片与适宜的 SnO2 分散液能提 高锂电池的电存储性能。Wang 等［20］用水热法合成 了 LiFePO4 / 石墨烯复合材料，该复合材料的比热容
特性有明显提高，也显示出良好的电化学性能，被认 为极有 可 能 在 高 能 锂 离 子 电 池 上 发 挥 重 要 作 用。 Nethravathi 等［21］ 将 GO 分 散 在 Cd （ NO3 ） 2 和 Zn （ NO3 ） 2 溶液里，并通入 H2 S 气体，最终在氩气下于 100 ℃ 加热反应 6 h 后分别制得 CdS / 石墨烯、ZnS / 石墨烯纳米复合材料。H2S 气体为反应提供了必要 的硫源，也是将 GO 转换为石墨烯的还原剂。最近， Xue 等［22］也用相似合成过程将 GO 分散在含有 Zn （ NO3 ） 2 和 Na2 S 的氨水溶液中，在 140 ℃ 的水热条 件下制备出 ZnS / 石墨烯纳米复合材料。
图 1 ZnO / 石墨烯复合材料合成过程及形成机理［12］ Fig． 1 Preparation and formation mechanism of ZnO / graphene nanocomposite［12］.
2． 1． 2 后石墨烯化 这种合成过程被广泛用在制备含石墨烯的金属
或半导体纳米复合材料中。半导体纳米粒子的前驱 物通常是含有该金属离子的盐溶液。金属盐先与 GO 混合，再转变为相应的金属氧化物、硫化物或者 氢氧化物等纳米粒子。例如，Zhang 等［14］用改进的 Hummers 法制得 GO，再将 TiO2 纳米粒子与 GO 混 合后超声分散、干燥后，在氩气下以100 ℃ / min的加 热速率于 300 ℃ 煅烧 2 h 制得了 TiO2 / 石墨烯纳米复 合材料，该复合材料具有可见光下显著的光催化活 性。Xu 等［15］也采用类似合成方法，将 ZnO 纳米粒 子与 GO 的混合液超声分散30 min，经适量的水合 肼溶液和氨水溶液还原制得含石墨烯的 ZnO 纳米
复合材料（ 图 2） 。该材料显著提高了 ZnO 纳米粒 子的光催化效率，仅掺入 2% 的石墨烯，其光催化活 性就可提高近 5 倍。Wang 等［16］以 GO 为前躯物制 备出自由支撑的含石墨烯的硅纳米复合材料，其可 逆放电电容高达708 mAh / g，循环 100 次后放电电 容基本不变，这预示着制备含石墨烯的大容量、高电 化学活性的纳米粒子复合电极材料具有可观的应用 前景。Zhang 等［17］先分别用水热法和 Hummers 法 合成 InNbO4 和 GO，再用水热法合成了 InNbO4 / 石 墨烯复合材料，通过在紫外线照射下对甲基蓝分解 的光催化发现，其具有高效的光催化活能。 2． 1． 3 同步石墨烯化
Author introduction： JI Tian-hao，Professor． E-mail： jitianhao@ th． btbu． edu． cn
1 前言
2004 年，Geim 等［1］从石墨中成功地剥离得到 单层石墨烯，由此掀起了对石墨烯的全面研究。石 墨烯是一种仅有单原子层厚度的蜂窝状二维碳质新 材料，具有优异的电、力和热等性质及高比表面积， 在场发射、气体传感器、生物传感器、场效应晶体管、 透明电极、催化剂载体或电池等领域有潜在的巨大 应用价值［2-6］。另外，半导体纳米材料因展现出量子 尺寸效应、介电限域效应或表面效应等一系列显著 的纳米效应，使其在光学、电学及光电转换等领域得 到了广泛应用。当半导体纳米材料被沉积在石墨烯 表面形成半导体 / 石墨烯纳米复合材料时，这类材料 不仅利用了半导体纳米材料的优点，对光电具有敏 感性，而且还利用了石墨烯的特性，在控制材料的电 子传输性、提高材料的光电转换效率、增加半导体的 稳定性 以 及 增 强 材 料 的 力 学 性 能 等 方 面 发 挥 作
·402·
新型炭材料
第 28 卷
时形成并复合在一起形成纳米复合材料［9］。 2. 1 原位合成法
在含有石墨烯或者氧化石墨（ GO） 的体系中合 成半导体纳米材料。该法操作简便，但对于半导体 的结构与组成控制则较复杂。目前，采用该方法制 备半导体 / 石墨烯复合材料的文献报道较多，这里将 从下面三方面对该法作重点介绍。 2． 1． 1 前石墨烯化
中图分类号： TB333
文献标识码： A
收稿日期： 2013-03-07； 修回日期： 2013-09-25 作者简介： 嵇天浩，教授． E-mail： jitianhao@ th． btbu． edu． cn
A review of the preparation and applications of graphene / semiconductor composites
该制备过程是在石墨烯表面再合成半导体纳米 材料，因此，不同石墨烯制备方法并不会对复合材料 的结构造成影响。Zhang 等［10］先采用改进的 Hummers 法及水合肼还原法制备石墨烯，并将其黏 在 ITO 玻璃基底上形成石墨烯薄膜，再借助超声雾化 喷涂技术，以醋酸锌溶液为前驱液，将 ZnO 沉积在 石墨烯表面，制备 ZnO / 石墨烯纳米复合薄膜，该复 合薄膜不仅具有与超级电容器相当的可逆充放电能
摘 要： 综述半导体 / 石墨烯纳米复合材料的制备及其应用，评述了它们在应用领域，尤其是在先进储能装置、光催化或传
感器等领域表现出来的优异性能。在此基础上，进一步提出了它们在未来的可能发展趋势将是进一步降低材料制备成本、深
入理解复合材料间相互作用机理及材料结构和组成与性能间的关系等方面。
关键词： 石墨烯； 半导体纳米材料； 复合材料； 制备； 应用
用［7，8］。因此，这种复合材料将在电化学、光电转换 器件、光催化、电池或者电容器等领域拥有非常广阔 的应用前景。笔者重点介绍该类复合材料的制备方 法及应用进展。
2 制备方法
近年来，人们采用许多合成方法制备了各种半 导体 /石墨烯纳米复合材料。若从半导体纳米材料 的形成过程分析，则主要有原位合成法和共混法，此 外还有溶胶凝胶法、自组装法、气液界面反应法等。 其中，在原位合成法下按石墨烯的形成过程可进一 步分为三类： 前石墨烯化制备过程，即在引入半导体 纳米材料之前先合成石墨烯； 后石墨烯化制备过程， 即先合成氧化石墨，再将半导体纳米材料沉积上去， 然后将氧化石墨还原为石墨烯； 同步石墨烯化制备 过程，即石墨烯与半导体纳米材料在一个体系中同
导体纳米材料与石墨烯复合。共混法可细分为悬浊 液共混、熔融共混和机械共混等。笔者所在课题组 制备的 CdS 纳米线与石墨烯复合形成的纳米复合 材料采用的就是 悬 浊 液 共 混 过 程［23］。 在 该 制 备 过 程中，因两种材料独立合成，故最大的优点就是可较 好地控制半导体材料的形貌尺寸，但由于这两种纳 米粒子的比表面积都很大，易发生团聚，因此选择适 当的混合比例和合适的分散液是使其能否较好复合 的关键所在。Xiang 等［24］则采用两种制备过程制备 出硅纳米粒子 / 石墨烯复合材料： 一种是先由 Hummers 法制得 GO，再通过悬浊液共混制得纳米复合 材料，另一 种 则 是 先 将 膨 胀 石 墨 快 速 热 处 理 得 到 G O ，然后通过机械共混制得纳米复合材料。这两种 过程制得的复合材料均可有效地提高锂离子电池中 硅阳极的循环稳定性和导电性，其中第二种由于结 构缺陷较少，性能更加突出。Wu 等［25］也分别用还 原法制备石墨烯和 M nO2 纳米线后，再通过悬浊液 共混法制得 M nO2 纳米线 / 石墨烯复合材料。他们 用合成的复合材料和石墨烯分别作为不对称电化学
图 2 ZnO 纳米粒子 / 石墨烯复合材料（ 质量分数为 2% ） 的（ a） TEM 和（ b） HＲTEM 照片［15］ Fig． 2 （ a） TEM and （ b） HＲTEM images of ZnO / graphene nanocomposites［15］.
2. 2 共混法 这是最简单的制备方法，普适于不同形貌的半
JI Tian-hao， SUN M ei， HAN Peng
（ College of Science，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）
Abstract： Ｒecent progress on the preparation and applications of graphene / semiconductor composites in advanced energy storage and conversion devices is summarized． The semiconductors covered include ZnO，SnO2 ，CdS，M nO2 ，TiO2 ，CdSe quantum dots and Fe2 O3 ． Their preparation and applications focus on lithium-ion batteries w ith improved electronic conductivity，electrochemical capacitors w ith high energy and pow der density，solar cells w ith high photoelectric conversion efficiency，photocatalysts w ith high photodegradation activity and sensors w ith high sensitivity． Future possible development trends include decreasing the preparation cost，obtaining a fuller understanding of the interaction betw een graphene and semiconductors，and revealing the relationships betw een compositions，microstructures and properties． Keywords： Graphene； Semiconductor nanoparticles； Nanocomposites； Preparation； Application