石墨烯纳米复合材料的制备与应用研究进展

石墨烯/氧化铈纳米复合材料的制备及表征在本篇论文中，通过改进的Hummer 法制备出氧化石墨烯(GO)。

然后通过水热法把氧化石墨烯和六水硝酸铈(CeO 2•6H 2O)进行复合，得到石墨烯/氧化铈的纳米复合材料。

并通过XRD 、场发射扫描电镜（SEM ）、拉曼光谱、X 射线光电能谱（XPS ）以及红外光谱（IR ）研究了GO-CeO 2纳米复合材料的结构，形态。

总体而言，这篇论文提供了一种简单，没有催化剂的水热法合成石墨烯/氧化铈复合材料，为合成其他的石墨烯复合材料提供了新的视角。

这些基于石墨烯的复合材料展现出来了很多潜在应用价值。

考虑到其小尺寸和很好的分散性，可以进一步应用于太阳能电池，燃料电池以及遥感等。

伴随着经济的快速发展，环境问题越来越成为困扰人们生活的重要问题，尤其是有机污染越来越威胁人们的身体健康，而正是环境的恶化促进了人们对于处理环境污染的研究，加大了人们对新型材料尤其是复合材料的研究。

纳米科技是在20世纪80年代末90年代初才逐渐发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，它在创造新的生产工艺、新的产品等方面有巨大潜能。

从材料的结构单元层次来说，纳米材料一般是由1～100 nm 间的粒子组成，它介于宏观物质和微观原子、分子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。

纳米材料因其独特的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等而表现出有异于常规材料的特殊性能，因而在各个领域得到广泛的应用[1、2]。

Ueda 等人较早从利用太阳能的观点出发，对纳米材料的微多相光催化反应进行了系统的研究。

这些反应主要集中在光解水[3]、CO 2和N 2固化[4]、光催化降解污染物[5～7]及光催化有机合成[8]等方面。

TiO 2光催化剂作为众多性能最好、最具有应用前景的光催化材料之一 [9]，它具有催化活性高、稳定性好、价格低廉、对环境无污染、对人体无毒害等优点而受到大家的青睐。

但是二氧化钛因为自身的局限性[10]：在光催化领域仍然面临着量子产率低、光生电子-空穴对易发生简单复合且禁带宽度约为3.2 eV ，需在（近）紫外光下才能激发等不足，限制了其在光催化降解污染物方面的应用[11～13]。

纳米科技中的石墨烯应用介绍石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体材料，厚度只有一个碳原子的厚度。

它具有许多独特的物理和化学特性，使其在纳米科技领域中应用广泛。

本文将介绍纳米科技中石墨烯的应用。

首先，石墨烯在电子器件方面有着重要的应用。

由于石墨烯具有高载流子迁移率、高电导率和高热导率等特性，它成为了制造晶体管、晶体管阵列和传感器等高性能电子器件的理想材料。

与传统的硅基材料相比，石墨烯的热稳定性更强，能够在更高的温度下工作。

此外，石墨烯还可以用于制造柔性电子器件，使得电子产品更加轻薄、柔韧。

其次，石墨烯在能源领域也有着诸多应用。

石墨烯作为一种高效导电材料，广泛应用于锂离子电池和超级电容器等能源存储装置中。

由于石墨烯具有大的比表面积和优异的电化学性能，能够提高能源存储装置的能量密度和循环寿命。

此外，石墨烯还可以应用于太阳能电池、燃料电池和光催化等领域，提高能源转换效率。

另外，石墨烯在材料加固方面也有着广阔的应用前景。

石墨烯被广泛用作增强材料的添加剂，可以大幅度提高材料的力学性能。

石墨烯的高强度和高刚度使其在制备复合材料中起到了很好的增强作用。

例如，将石墨烯纳米片添加到聚合物基体中，可以大幅度提高聚合物的强度和导热性能。

这种强化效果对于航空航天和汽车行业的应用尤为重要，有助于提高材料的轻量化和结构强度。

此外，石墨烯在生物医学领域的应用也备受关注。

石墨烯具有良好的生物相容性和生物降解性，可以作为药物载体在药物传递和缓释方面起到重要作用。

石墨烯纳米片可以用于制备纳米药物，可以通过控制石墨烯的尺寸和形状来调控药物的释放速率和靶向性。

此外，石墨烯的高导电性还可以用于生物传感器和医学成像等领域，提高传感器的灵敏度和图像的分辨率。

总之，纳米科技中石墨烯的应用非常广泛。

石墨烯在电子器件、能源存储、材料增强和生物医学等领域起到了重要作用。

随着对石墨烯材料性能的深入理解和制备工艺的不断改进，相信石墨烯的应用前景将会更加广阔，对于推动纳米科技的发展将发挥重要作用。

TiO2-石墨烯纳米复合材料在生物电分析中的应用研究的开题报告一、研究背景与意义生物电分析技术是分析生物体内电活动过程的一种方法，广泛应用于医学诊断、药物研发、生物传感等领域。

传统的生物电分析方法往往需要采集大量的信号，并进行复杂的信号处理和解析，存在采样难、信号弱、噪声干扰等问题。

因此，研究开发新型的生物电分析技术具有重要的现实意义。

石墨烯是一种新型的材料，具有极高的导电性、导热性和表面积等优良特性。

TiO2-石墨烯纳米复合材料是一种将石墨烯和TiO2纳米材料结合起来的新型材料，具有较好的电学性能和生物相容性。

近年来，TiO2-石墨烯纳米复合材料在生物传感、医学诊断等领域得到了广泛应用。

然而，目前对于TiO2-石墨烯纳米复合材料在生物电分析中的应用研究还较为少见。

二、研究内容和方法本研究旨在探索TiO2-石墨烯纳米复合材料在生物电分析中的应用，并研究其优化制备方法及生物相容性等方面的性能。

具体研究内容包括：1.设计制备新型的TiO2-石墨烯纳米复合材料；2.考察其电化学性能及与生物体组织的生物相容性；3.研究其在生物电分析中的应用性能。

本研究将采用以下方法进行：1.制备新型的TiO2-石墨烯纳米复合材料，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪等测试手段进行表征；2.利用循环伏安法、线性扫描伏安法等电化学技术探究材料的电化学性能，并通过生物相容性测试检测其生物相容性；3.以生物体模型为基础，采用TiO2-石墨烯纳米复合材料进行信号采集，并进行信号分析。

三、预期研究结果预期将研发出一种新型的TiO2-石墨烯纳米复合材料，并探究其在生物电分析中的应用性能。

希望通过本研究能发现此种新型材料的生物电分析特性，丰富生物电分析技术的应用手段，为生物医学领域的快速发展贡献一份力量。

四、研究意义通过研究TiO2-石墨烯纳米复合材料在生物电分析中的应用，能更好地探索生物电分析技术的新型应用手段，为开展生物医学领域的相关研究提供新思路。

二氧化钛/石墨烯复合材料的制备与性能研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：郭声春指导教师：方亮教授专业：材料物理与化学学科门类：工学重庆大学物理学院二O一五年四月Study on the Preparation and Performance of TiO2 / Graphene CompositesA Thesis Submitted to Chongqing UniversityinPartial Fulfillment of the Requirementfor theMaster’s Degree of EngineeringByGuo ShengchunSupervised by Prof. Fang LiangSpecialty: Material Physical and ChemistryCollege of Physics ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril,2015摘要由于具有超疏水和光催化性能，二氧化钛在自清洁、防污及光催化降解有机染料领域具有广阔的应用前景。

但作为光催化材料，其存在着电子空穴复合率较高，利用太阳光波段短等不足。

石墨烯具有比表面积大、电子传输快、机械强度高等优点，因此，若将二氧化钛和石墨烯进行复合，可望获得更好的光催化性能。

为此，本论文在分别研究TiO2和石墨烯超疏水性能的基础上，开展了二氧化钛/石墨烯纳米复合材料制备与光催化性能的初步探索。

本论文采用水热法，通过改变生长液中氯化钠浓度，制备出不同形貌的TiO2纳米棒阵列，研究了饱和氯化钠溶液的浓度对阵列结构、形貌和超疏水性能的影响；采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，在相同参数不同衬底(石英、硅片、二氧化硅)及相同衬底(硅片)不同压强条件下分别制备了石墨烯纳米墙（GNWs）；研究了制备压强对GNWs结构、形貌和超疏水性能的影响；采用水热法合成了二氧化钛纳米颗粒包裹石墨烯的复合材料，研究了该材料在紫外光下降解甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的催化效率。

几种石墨烯复合材料制备方法及催化应用介绍
石墨烯具有独特的热、电和光学性能，并以高的比表面积性能，使其非常适于用作复合材料的理想载体。

目前，石墨烯基复合材料广泛应用于传感器、新能源、光催化、电容器、生物材料等领域，特别是在在光催化和电催化领域，具有广阔应用前景。

下面小编介绍石墨烯复合材料在催化领域应用。

 一、石墨烯/TiO2复合材料
 1、石墨烯/TiO2复合材料光催化性能
 石墨烯作为TiO2光催化材料的载体，不仅可以提高催化材料的比表面积和吸附性能，还能够抑制TiO2内部光生载流子的复合，降低了电子-空穴对的重组率，从而促进TiO2的光催化性能，提高其利用效率，因此制备TiO2/石墨烯复合材料可以进一步提高材料的光催化活性。

 石墨烯/TiO2复合材料光催化机理示意图
 2、石墨烯/TiO2复合材料制备方法
 目前，石墨烯/TiO2复合材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法和水热法等。

两种方法对于石墨烯的前体准备都是通过Hummers法得到氧化石墨烯，然后通过还原手段一步法得到还原氧化石墨烯/TiO2复合材料。

 左图：石墨烯结构示意图；右图：氧化石墨烯结构示意图
 （1）溶胶-凝胶法
 溶胶-凝胶法通常是将钛的前体与氧化石墨烯溶液混合并搅拌均匀，氧化石墨烯通过氢键作用力与钛的前体结合并发生缩合、聚合反应最终形成具有Ti-O-Ti三维网络结构的凝胶，然后经过干燥、焙烧、研磨得到石墨烯。

—115—《装备维修技术》2021年第5期1 石墨烯的制备方法1.1 氧化还原法氧化还原法主要是利用强氧化剂和强酸对石墨实施氧化处理，从而在石墨的表面形成环氧、羟基以及羧基等多种含氧基团，进一步降低手摸层间的相互作用，增大石墨层间距离，制备出氧化石墨烯，其实也就是人们常说的GO ，之后再利用相应的化学方法或者高温作用还原GO ，将其表面附着的含氧基团去除，最终得到我们所需要的石墨烯。

这种制备方法具体操作过程中，由于GO 表面存在大量的含氧基团，其中中央区域分布最多的是环氧基团和羟基基团，羧基基团主要分布在GO 的边缘区域。

采用氧化还原法制备石墨烯，由于无法彻底消除各类含氧基团，造成最终制备的石墨烯存在一定的缺陷，但最大的优势就是制备成本低且操作简便，所以还是存在较为广阔的应用前景［1］。

1.2 GO 的还原GO 还原法包含了溶液热还原法、热还原法以及化学还原法三种。

下面就这三种制备方式进行简要论述。

首先，溶液热还原法具体操作步骤：先将GO 均匀分散在溶液当中，然后对溶液进行加热处理，在此环境下可以促使GO 表面的含氧基团去除干净，同时也可以在一定程度上抑制石墨烯片层的重新堆叠。

相关学者研究表明，将GO 水悬浮液放置到180摄氏度的热反应器当中，静置六个小时之后可以得到纯度比较高的石墨烯。

而且通常情况下溶液的极性越大，GO 还原处理就越容易。

其次是热还原法，这种还原方式是在惰性气体保护环境下，将GO 温度升到230摄氏度，这样便能够有效去除GO 表面的含氧基团，由于是高温去除所以被人们称作热还原。

可是在热还原处理中会造成石墨烯片层的重新堆积，所以最终得到的通常为石墨结构，而不是预期的石墨烯结构。

只有GO 升温非常迅速情况下才有可能获得石墨烯结构［2］。

再次，化学还原法是利用一些强还原剂对GO 实施还原处理，采取这种方法可以获得质量比较好的石墨烯。

我国目前最常采用的强还原剂主要为水合肼。

研究发现，利用水合肼还原得到的石墨烯的电导性可以达到2420S/m ，通过对还原时间、温度和水合肼含量的调控实现了对GO 的可控还原。

石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。

石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。

石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。

良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。

极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。

超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。

超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。

石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。

二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。

机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。

微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·140·2019年第20期文章编号：2095－6835（2019）20－0140－02石墨烯的研究进展及应用前景概述王明浩（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070）摘要：石墨烯是一种完美排列的二维网状结构，自发现以来便震惊了科学界，人们对这种在二维空间中的完美排列充满兴趣。

石墨烯是目前材料学科方面的研究热点。

主要介绍了石墨烯的研究进展和目前在生活中的实际应用，并对石墨烯及其相关复合材料的制备方法展开了介绍。

关键词：石墨烯；制备方法；研究进展；应用前景中图分类号：TQ127.11文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.20.063石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式组成的六角型呈蜂巢晶格的二维纳米材料。

在石墨烯发现以前，许多物理学家根据Mermin-Wagner定理得出，在非零温度下，热力学涨落不允许任何二维晶体存在。

因此对寻找这种二维材料不抱希望，然而石墨烯的发现却违背了这个理论，并且在室温下就能找到石墨烯，这个发现立刻震撼了凝聚态物理学学术界，而关于石墨烯的研究热潮也随之而来。

由于石墨烯含有垂直于其二维平面并且可以贯穿全层多原子的大π键，因此其具有优良的导电性和光学性能。

同时，石墨烯也是目前已知最薄的且强度最高的材料之一，其断裂强度比最好的钢材还好；同时它有非常好的韧性，可以弯曲，其拉伸幅度能达到自身的20%。

在导热方面，石墨烯具有非常好的热传导性能，堪称目前导热系数最高的碳材料。

光学方面，其在较宽波长范围内的吸收率约为2.3%，有非常好的光学性能。

1石墨烯的制备方法1.1石墨烯的制备方法近年来，关于石墨烯的研究可谓是热火朝天，而研究石墨烯的第一步便是制备石墨烯，关于制备石墨烯的新方法也是多种多样。

下面介绍一些常见的制备方法[1]。

1.1.1机械剥离法机械剥离法使用机械装置利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，克服石墨层分子间的作用力，从而得到只有纳米厚度的石墨烯薄层材料。