{首页主词},&

功能化石墨烯的制備及應用研究進展

2018-04-25 11:20:26 作者：王元來源：《腐蝕防護之友》分享至：

石墨烯是一種由碳原子以 SP 2 雜化互相形成平面共價鍵而組成的蜂窩狀單層碳結構，也是眾多納米碳結構例如富勒烯、碳納米管的基本結構單元。自2004 年被 Geim 等成功制備以來，石墨烯以極高的機械強度、載流子遷移率和電導率、熱導率、透光率、化學穩定性等特性，成為近年來的明星材料。受到學術和產業界的廣泛關注。

然而，與這些無與倫比的性能相對，在生產和生活中實際應用的石墨烯材料所需要的性能則是多種多樣的。例如，石墨烯是一種理論比表面積可達2630m 2 /g 的材料，在表面化學、吸附等領域具有極大的應用潛力。但本征石墨烯的表面是平整的大 π 鍵結構，具有相當程度的化學惰性和疏水性，并且很容易堆疊、聚集，不利于石墨烯性能的發揮。

為了解決上述的問題，滿足應用的需求，學者們在石墨烯的基礎上添加其他成分和結構，形成一類新材料功能化石墨烯，它們在保持石墨烯大部分基本特性的同時，具有不同于本征石墨烯的新性能。由于各種修飾方法的引入，功能化石墨烯逐漸能夠針對實際的需求進行合理的設計，其應用潛力也逐漸被開發出來，近年來其研究得到了飛速的發展！

本文綜述了功能化石墨烯的最新進展。首先按照化學結構，從共價結合和非共價結合兩個方面闡述了其制備方法。其次，按照具體的應用領域，歸納總結，敘述了近年來功能化石墨烯的最新研究成果。

1、制備方法

功能化石墨烯是由石墨烯衍生而來的。在過去的十多年中，石墨烯的制備方法經過不斷發展，逐漸形成了以化學氣相沉積法為代表的石墨烯薄膜制備和以氧化還原法為代表的石墨烯粉體制備兩大類，如圖 1，2 所示。前者的特點是石墨烯具有較高的結晶質量、較少的官能團含量和具有本征半導體的電子學性能，后者的特點則是石墨烯表面含有一定的含氧官能團，并具有疏松的結構，有利于其發揮較大比表面積的性能，并能夠進行批量地生產。相應地，功能化石墨烯的制備也分別以本征石墨烯和氧化石墨烯作為原料。

1.1石墨烯的共價功能化

本征石墨烯表面完全由 sp 2 碳原子構成。這是一種非常穩定的結構，使石墨烯在通常情況下具有很強的化學惰性。同時，這一結構使得石墨烯之間很容易堆疊聚集，并且疏水的本質也使石墨烯很難在水等溶劑中分散，降低了石墨烯在應用中的可操作性。

石墨烯的共價功能化旨在破壞這一穩定的結構，從而使石墨烯的表面活性化，便于在溶劑中分散，也有利于其在吸附等應用領域發揮作用，對平面 π鍵結構的破壞，共價功能化石墨烯的導電、導熱等性能一般較本征石墨烯有明顯的下降。

1.1.1 使用有機小分子進行官能團功能化

本征的石墨烯雖然具有化學惰性，但其 π 鍵在強烈的化學條件下，也能夠發生一定類型的化學變化。和碳納米管等類似，石墨烯的 sp 2 碳結構可以直接與重氮鹽等自由基試劑發生反應，通過選擇適當的反應基體，可以實現在各種類型的石墨烯表面修飾所需的官能團，如圖 3 所示。除此之外，本征石墨烯也能夠和親雙烯體發生環加成作用，將 sp 2 的碳碳鍵打開，生成功能化的產物。通過這種途徑，能夠方便地向石墨烯中引入含氮等雜原子的復雜環系，使其在多種應用領域發揮作用，這一點和其碳納米管等是一致的。

本征石墨烯一般通過電子顯微鏡、原子力顯微鏡及多種光譜手段表征。對于功能化石墨烯，拉曼光譜中的 D 鍵為SP 2 碳原子的雙鍵打開形成 SP 3 碳原子提供了最直接的證據，而 X 射線光電子能譜則是功能化基團中涉及其他元素的直接手段。

除了本征石墨烯外，氧化石墨烯由于可實現批量制備，成為另一類非常重要的石墨烯產品和原料。氧化石墨烯在制備的過程中，例如由 Hummers 發展的氧化方法及其若干改進方法，由于使用了非常強的酸和氧化劑，因此氧化石墨烯的表面和邊緣引入了大量的烴基、羧基、環氧基團等官能團。這導致氧化石墨烯較石墨烯具有較高的化學活性、低廉的成本和略有差異的物理性能。

本征石墨烯的化學惰性需要自由基等較強反應活性的物種，這往往使直接反應變得難以控制，因此以氧化石墨烯為原料，通過其中的含氧基團進行有機化學的反應，漸漸成為引入目標功能化基團的主流做法。

氧化石墨烯中較為常用的反應位點是其邊緣的羧基，通過外加具有端氨基或端羥基的試劑，能夠高選擇性地通過縮合反應連接所需的官能團。

使用氨基酸可與氧化石墨烯中羧基、環氧基團分別發生反應，形成具有生物親和性并能夠在水中自由分散的功能化石墨烯，如圖 4 所示。通過以乙醇胺對石墨烯進行功能化，能夠得到可在DMF 中呈現剝離態，并且可穩定分散于水、乙醇和丙酮等溶劑中的石墨烯。這些功能化石墨烯由于在修飾分子上含有活性的基團，可進一步參與多種反應，也具有良好可再分散性，因此在復合材料、雜化材料等方面有較好的應用前景。類似地，通過氨基化、異氰酸酯化、重氮化作用、傅 - 克反應等方法，均能夠對氧化石墨烯進行化學修飾，然后通過這些氧化石墨烯衍生物，還可以進一步制備特定功能化的復合材料。

圖4 制備氧化石墨烯，及使用不同氨基酸對其進行接技的示意圖

Xu 等利用乙酰內酮作為還原劑和氧化石墨烯反應，利用乙酰丙酮中活性的碳原子，一步反應中同時實現了還原和功能化，得到了表面接有高配位活性乙酰丙酮單元的功能化石墨烯。這種石墨烯不僅可以分散在水等多種溶劑中，還對 CO 2+ ，Cd 2+ 等離子具有很強的吸附能力上。

1.1.2 高分子的共價鍵接枝

除了有機小分子之外，很多高分子或其前驅體也能夠通過類似的方式接到石墨烯的表面。Fang 等通過在石墨烯表用重氮鹽反應接上芳羥基，并隨后進行自由基聚合，其中重氮鹽產生的自由基直接作為反應的引發劑，結果將石墨烯與聚苯乙烯的表面相連接。高分子的連接有效地分隔了石墨烯的片層，避免了聚集現象，同時由于石墨烯的作用，高分子形成了一層排列較好的膜。

與此類似地，許多高分子前驅體的聚合反應能夠在氧化石墨烯的懸浮液中進行，氧化石墨烯很自然地起到了將高分子交聯起來的作用，不僅石墨烯自身的性能得到了發揮，也使高分子復合物整體上的性能得到了不同程度的提升。

除了自行聚合以外，高分子還可以使用其鏈端的活性官能團連接在氧化石墨烯的表面，這彌補了原位聚合中的一部分缺點，例如可以將各種各樣的聚合物接枝在 CA 墨烯的表面，包括那些不能在石墨烯表面聚合的聚合物。Yu 等通過化反應在 GO 上連接端基為羥基的P3HT 分子，通過這些導電支鏈對石墨烯的電性能進行了峰飾，如圖 5 所示。

圖5 在氧化石墨烯表面首先連接ATRP反應引發劑（a-溴異丁酰溴），然后引發苯乙烯、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸甲酯聚合的示意圖

石墨烯和高分子相互連接的一個最大特點，在于石墨烯和高分子很容易產生相互交聯，從而形成網格狀的結構，此外，石墨烯由于表面活性基團相對豐富，僅需很少的質量分數，就能使高分子的持性發生顯著的改變。很多石墨烯高分子復合物在溶液中呈現凝膠的狀態，而對于能夠形成固體的復合物，則往往伴隨物理性能的大幅改變。例如石墨烯聚乙烯醇體系中，僅需 1％的氧化石墨烯即可使聚乙烯的力學性能大幅提高，抗拉強度和彈性模量分別提升 88％和 150％，并且由于其共價鍵的連接，斷裂伸長率也有一定的增加。

1.2石墨烯的非共價修飾

在功能化石墨烯的實際應用中，通常既要求改善石墨烯的分散性、避免過多的聚集，又要求保持石墨烯固有的導電、導熱能力，而共價鍵修飾時產生對石墨烯基車結的破壞，很難完全滿足這兩方面的要求，因而非共價鍵的修飾方法受到廣泛關注。

1.2.1 納米粒子負載修飾

石墨烯作為一種具有巨大比表面積的材料，很容易通過表面吸附的方法，將其與各種已經證實具有優異性能的粒子復合起來。這里典型的粒子包括 Ag、Fe 3 O 4 等金屬或氧化物的納米顆粒，它們通常是直接連接氧化石墨烯表面的官能團，或者通過一類穩定劑實現非共價連接到本征石墨烯的表面，如圖 6 所示，這些納米顆粒經過加熱過程，仍然牢固粘接在石墨烯的表面。

石墨烯的尺度和許多納米粒子的尺度相近，發生吸附作用時，很容易在單個粒子表面吸附多張石墨烯，從而在一定程度上促進石墨烯之間的交聯。由于這一原因，原位合成貴金屬納米粒子可以促進氧化石墨烯體系的凝聚。

1.2.2 非共價堆積

本征石墨烯具有疏水性，因而一般難以在水溶液中分散和處理。通過向石墨烯溶液中添加表面活性劑，在石墨烯表面引入親水離子，能夠在很大程度上增加石墨烯片之間的靜電斥力，起到改善水分散性、避免石墨烯團聚的作用，也防止比表面積的損失，并且使石墨烯能夠進行后續的成膜等操作。這是通過非共價鍵在石墨烯表面堆積其他分子進行修飾的最早例子。

本征石墨烯還具有完全平面的大 π鍵結構，很容易和其他含有大范圍共軛 π 鍵的分子發生 π-π 堆疊作用，將其他分子粘結到石墨烯的表面。例如Parviz 等發現芘的衍生物能夠穩定水中的石墨烯納米片，其效能較傳統的表面活性劑或普通高分子要好很多。類似的，通過 π-π 堆疊作用而進行修飾的方法在近些年飛速發展。

氧化石墨烯由于表面富含親水基團，能夠在水溶液中較好地分散，形成大范圍的網狀結構。與此同時氧化石墨烯表面也存在著為數不少的疏水區域，這使得許多高分子與氧化石墨烯存在著較強的相互作用。Zhang 等將酶通過多種非共價方式結合固定于氧化石墨烯上，并發現其負載量和氧化石墨烯還原的程度成比例，揭示了其疏水性的本質。如圖 7 所示，HRP 酶可以牢固地固定在石墨烯的表面。

圖7 氧化石墨烯（a）及山葵過氧化物霉（HRP）結合后的氧化石墨烯的Tapping模式AFM圖像（b）和在氧化石

墨烯表面固定（實心）及未固定的HRP隨時間的穩定性（c）

聚乙烯醇除了能夠以羥基和石墨烯進行共價結合以外，也是能夠通過氫鍵和氧化石墨烯連接的典型例子，適量的聚乙烯醇加入即可使氧化石墨烯片互相連接形成復雜的網絡結構，在水溶液中形成凝膠，如圖 8 所示，這種行為和濃度有非常密切的關系。

圖8 不同濃度氧化石墨烯和聚乙烯醇形成的混合凝膠照片，其中從左至右，聚乙烯醇與氧化石墨烯的比例

分別為1 : 1,1 : 1.5,1 : 2,1 : 5,1 : 10,1 : 20,1 : 40

2、應用研究功能化

石墨烯是完全面向應用的研究，根據預定用途，功能化石墨烯具有迥異的設計思路，展現出豐富多彩的形式。根據具體應用需求來設計功能化石墨烯，是功能化石墨烯研究的主要思路。

近年來，隨著對石墨烯的結構制備能力不斷提高，功能化石墨烯的設計也更加具體化、復雜化，形成的材料性能也不斷達到新的高度。

2.1復合材料

將石墨烯作為添加劑，可為聚合物帶來新的力學、電學、熱學等性能，一直是石墨烯應用研究的重點方向之一。

隨著石墨烯與聚合物體系研究的進行，根據石墨烯在具體的聚合物中作用力類型和改性原理，設計多種功能化石墨烯用于材料的改性成為可能。

Jiao 等首先將石墨烯使用氨基進行功能化，然后和聚酰亞胺形成非共價復合物，這使得石墨烯和聚酰亞胺之間產生更強的介面相互作用，從而使整個材料的耐熱性能和力學性能得到顯著的提升。Mo 等則是在石墨烯上首先引入磺酸基，然后和聚乙烯醇共混制備復合物，磺酸基的引入增強了氫鍵的相互作用，并且避免了過多的共價鍵連接，在不損失導電性能的同時，這種方法大大提升了聚乙烯醇高分子薄膜的力學性能。

Zhang 等則通過在石墨烯散熱膜與芯片表面（硅）的界面中引入一種硅烷化的石墨烯，使散熱膜和待散熱的芯片之間形成化學鍵連接關系，這種結構大幅增進了界面傳熱的能力，顯著改善了個器件的散熱性能，使石墨烯散熱膜的表觀熱導率提高了 15％ -56％。Yan 等人將石墨烯納米片用于鋁合金的增強增韌，在 0.5％氧化石墨烯的添加量下，石墨烯鋁合金復合材料的抗拉強度提高 26.5％，屈服強度提高53.3％，伸長率提高 21.5％。

2.2儲能電極材料

儲能材料是目前石墨烯應用中最受青睞的領域之一，由于石墨烯極好的導電性和極高的比表面積，因而成為這一領域中理想的電極材料。石墨烯電極材料應用中，最重要的是調節石墨烯的活性和避免石墨烯的再堆積，因此也對石墨烯的功能化產生了非常迫切的需求。其中納米粒子修飾是最常見的一類功能化方法，修飾的位點1極反應的活性位點。

2.2.1 超級電容器

石墨烯在超級電容器電極中的應用一直備受關注，研究成果數不勝數。近年來，超級電容器領域中最新的研究集中在石墨烯功能化基團的設計方面，也對功能化石墨烯的發展起到了推波助瀾的作用。

Huang 等通過以 PAN 修飾石墨烯表面，增加其贗電容性，使石墨烯薄膜電容器的比容量提升到 66.6mF/cm 2 。基于類似體系的石墨烯泡沫體系的電容器比容量則可高達 475F/g。這一數據已經大大超越了傳統的電極材料，包括許多石墨烯基的電極材料。

最新的研究在離子液體功能化石墨烯方面取得較大進展。Sun 等將有機陽離子附著在石墨烯表面形成離子液體，并進一步功能化 Mn 氧化物，使石墨烯基超級電容器的性能進一步提高。以離子液體作為修飾劑的石墨烯薄膜電容器，展現了極好的電化學性能，能量密度達到了 150.9W . h/kg。非對稱超級電容器通常在其設計工作范圍內具有更加優異的特性，而使用不同功能化的石墨烯，能夠簡便地搭建所需的非對稱電容器。分別使用 Mn0 2 和 CNT 修飾的石墨烯纖維作為電極的非對稱電容器，其能量密度可達 11.9mW . h/cm 3 。使用離子液體進行功能化的石墨烯膜作為兩個電極，并在正極修飾 Ru0 2 ，其不僅展現了19.7W . h/kg 的較高能量密度，并且能夠在彎折的同時保持高達 2000 次循環性能。

2.2.2 鋰離子電池

傳統鋰離子電池的電極材料是無定型碳、酸處理石墨等碳材料。石墨烯的高導電性和相對較低的成本很早就為相關領域的學者專家重視。石墨烯薄膜表面用 CO 3 0 4 等電極材料修飾后，可以直接作為鋰電池的電極使用，最新的研究中，其容量已達到了1400mA . h/g。由于受益于較強的相互作用，通常的鋰電池正極材料均勻分布于石墨烯網絡中時，能夠更好地起到捕獲鋰離子的作用，從而使電極表面電子和鋰離子的輸運能力得到了大幅提升。這種結構能夠大大提高鋰電池的功率和能量密度。

Guo 等將石墨烯和磷酸鐵鋰進行復合，作為電池的正極使用，這種復合材料的放電比容量最高達到 168mA . h/g，幾乎達到磷酸鐵鋰電池的理論最高容量（170mA . h/g）。同時由于石墨烯的引入，提高了電極材料的導電性，解決了磷酸鐵鋰本身的導電問題。

2.3光電材料

石墨烯具有最重要的特性之一就是對可見光透明，單層的石墨烯對可見光僅有 2％的吸收，且具有極好的導電性能。更加可貴的是，傳統的氧化銦錫（ITO）等透明光電薄膜材料存在耐酸性差等問題，并且由于金屬資源的稀缺和工藝復雜而導致成本偏高，而石墨烯則完全不存在這些問題。因此，石墨烯有望取代ITO 成為新一代透明電極材料，此話題一直是學術界的熱議。

本征石墨烯就是一種非常優秀的透明電極，Bae 等實現了卷對卷生長 30 英尺幅度的石墨烯，使用 HN0 3 摻雜處理后的石墨烯在 90％的透光率下實現 30Ω/sq的面電阻，這一結果甚至超越了傳統的ITO 薄膜。

Wang 等利用芘的衍生物對石墨烯進行改性，制備出 OPV 電池的陽極，Yu 等則使用 P3HT 對石墨烯進行改性，這種結構中，由于沒有經過氧化還原過程而保持了石墨烯的完整共軛結構，使得電極導電性未受損壞，另一方面改性后石墨烯的親水性有助于電極與其 PEDOT : PSS 層之間界面的浸潤，從而有助于空穴的注入和提高石墨烯的功函數，進而提高光電材料的性能。

除了氧化物半導體外，其他有機或無機的電子摻雜體同樣能夠通過與石墨烯發生電子轉移，來大幅改變其固有的電子學性質。Supur 等通過在石墨烯表面共價修飾多種有機染料，實現了寬帶、快速的光電轉化，其中石墨烯起到輔助電子傳輸、防止光電子湮滅的作用。

石墨烯還可以與很多其他種類的有機物或無機物發生電子轉移作用，改變這些物質的電子學性質，甚至產生全新的性能，在光電轉化、光電催化等許多領域同樣具有廣泛的潛力。在對各類型材料的電子結構研究的基礎上進行石墨烯復合物的設計，是一種行之有效的方法。

2.4催化材料

石墨烯由于其極高的比表面積，導電性和結構穩定性，本身就是一種優良的催化劑載體。更加可貴的是，石墨烯具有半金屬的特性，其特殊的電子結構能夠和其表面的電子摻雜體產生交互。

已經有許多文獻報道了各種氧化物半導體在石墨烯表面表現的極高催化活性。

最近，Li 等將氧化石墨烯制備過程中的副產物 Mn 原位地轉換為 Mn 3 O 4 ，由于其與石墨烯之間能帶匹配，帶來明顯的相互促進作用，使得復合體催化劑降解亞甲基藍的能力較本征的 Mn 3 O 4 粉末有極為顯著的提升。負載 Pd 粒子的石墨烯則被應用于 Heck 反應的催化劑，同樣顯著提升催化效率。Xiao 等則通過先以離子液體進行修飾穩定石墨烯，然后制備金屬納米顆粒的方法，設計并獲得分布均勻、粒徑很小的金屬粒子，對芳烴加氫反應展現了極好的催化性能。

最新的研究發現，基于同樣的原理，通過對石墨烯本身的電子結構和功能化基團的特點進行一定程度的設計，同樣也能夠以非常經濟的原料完成許多之前由貴金屬完成的催化過程。例如，將有機陽離子功能化的石墨烯應用于二氧化碳和環氧鍵加成反應的催化，將陽離子作為反應的中心位點，獲得了滿意的效果。經過氮、硫摻雜的石墨烯，或氮摻雜石墨烯和石墨型氮化碳的復合體，也分別展現了極高的電催化氧還原反應活性，為石墨烯電子結構的設計指明了新的道路。羧基化石墨烯在有機催化等領域有著新的進展。最近發現，甚至僅僅是氧化石墨烯形成的微胞，就能對其中發生的一些局域反應產生催化作用。

2.5環境凈化

2.5.1 重金屬污染物的處理

在吸附凈化領域，功能化石墨烯的研究較為成熟。Sitko 等利用氧化石墨烯納米片來吸附二價的重金屬離子，在 pH為 5 的條件下，Cu 2+ ，zn 2+ ，Cd 2+ 和 Pb 2+在氧化石墨烯上的最大飽和吸附量分別為 294，345，530，1119mg/g。為了進一步改善吸附能力和選擇性，特殊功能化的石墨烯也得到了發展，例如 Yari 等發展了一種用硫醇功能化的石墨烯，對鉛（Ⅱ）具有高選擇性的吸附能力。

Wang 研究組完成了一系列工作，通過使用聚吡咯或聚多巴胺對石墨烯進行功能化，實現了鈾Ⅵ的高性能吸附，其吸附量均能達到 140mg/g 以上。他們還進一步通過 EXAFS 方法研究鈾Ⅵ在石墨烯的基和羧基基團上的吸附細節，認為經過適當設計的 GO 能夠繼續提高對鈾污染物的富集和吸附性能。Xu 等利用表面接有高配位活性的乙酰內酮單元的石墨烯，對 Co 2+ ,Cd 2+ 等離子產生了很強的吸附能力。

2.5.2 有機污染物的處理

有機污染物的處理方法一般分成兩類，一類是通過吸附去除，另一類是通過氧化降解。石墨烯在這兩個領域中都有出色的表現。

在吸附法中，本征的石墨烯或低功能化程度的氧化石墨烯由于自身的疏水親油特性，對大部分有機污染物展現了優異的吸附性能。而對于一些小分子或相對親水性的有機污染物，則需要對石墨烯進行適當的功能化處理。例如 Wu等發展了一種氨基化石墨烯，可以高選擇性地吸附并移除空氣中的甲醛污染物。在石墨烯表面引入更大的基團也是有效的，例如 Qi 等發展了一種羰基化石墨烯用于捕獲、富集并殺滅大腸桿菌。

對于降解法，石墨烯由于前述的電子特性，同樣是光催化劑不可多得的載體。Liang 等將還原氧化石墨烯（RGO）與二氧化鈦復合，用于有機染料分子的光催化降解。結果顯示，對于羅丹明 B 這種典型的有機染料，RGO-T0 2 納米復合物具有比純 Ti0 2 商用 Ti0 2 和 / 石墨烯復合物更快的降解速率和降解能力。這主要歸功于 RGO具有的高比表面積、對氧化物顆粒和有機染料的吸附能力，及通過其官能團快速轉移光生電子的能力。

2.6生物及傳感材料

石墨烯除了具有很高的比表面積，很好的可修飾性之外，其較低的毒性賦予其在生物領域廣闊的應用前景。其極高的載流子傳輸能力更使其成為一種獨特的生物親和材料。

2.6.1 藥物載體

經過功能化修飾的石墨烯具有適當的親水性能，能夠對外界因素產生一定響應，非常適合應用于藥物載體。Liu等利用聚乙二醇對石墨烯進行改性，提高了石墨烯的生物相容性和生理條件下的分散性，然后進一步利用其負載抗腫瘤藥物喜樹堿衍生物 SN38，取得了滿意的結果。Patil 等同樣將石墨烯進行親水功能化，然后利用氫鍵作用，成功將抗腫瘤藥物阿酶素（DXR）高效負載到石墨烯上，并可通過調節 pH 值來改變其負載能力，有利于可控負載和釋放藥物。

在此基礎上，他們還將 Fe 3 0 4 進一步修飾到石墨烯上，實現了載體在磁場作用下的定向移動，這種控制能力賦予石墨烯在生物醫藥和生物診斷等領域很好的應用前景。

2.6.2 傳感器件

石墨烯具有作為傳感器材料所需的大部分優點，高的比表面積能夠充分吸附被探測的分子，并由僅有一層的石墨烯對這些電子轉移給出靈敏的響應信號，氧化石墨烯表面的官能團更加有利于這一過程。此外，對石墨烯進行進一步功能化修飾，則是著力于提高探測的選擇性，使傳感器件真正進入實用化的領域。

Wang 等用葡萄糖酶通過電接枝的方法接枝到石墨烯表面，從而實現了對葡萄糖高度選擇性的探測。Choi 等使用全氟磺酸對還原氧化石墨烯進行修飾，可以使其具備對有機磷化合物的檢測性能。通過在石墨烯表面引入二胺基團，可以使石墨烯對濕度具有較高的敏感度，成為一種理想的濕度傳感器，表面羧基化的石墨烯也是一類在生物傳感中獲得廣泛應用的材料。此外，在許多其他的領域，例如氫、NO 2 甚至溫度等領域，也有應用功能化石墨烯的報道。

2.7其他

功能化石墨烯還在許多其他領域發揮著自己的價值，例如電磁屏蔽、納米磁體、高效熱電轉換等領域，在此所能述及的方面是非常有限的。功能化石墨烯是一種多變和可設計的材料，因此在各種新的研究領域中，都會有其發揮的空間期待科研人員去開拓。

3、結論及展望

石墨烯的真正價值在于其應用，在石墨烯表面引入特定的官能團，能夠極大程度地拓展石墨烯的應用范圍，賦予石墨烯各種各樣新功能，改善石墨烯與其他基體的相容性。同時，幾乎任何活性基團搭載到石墨烯這一具有巨大比表面積的表面上，都能夠活躍地展現其應用性能，這是功能化石墨烯研究中最大的特點，也使得相關的研究具有重要的應用意義。石墨烯的功能化是石墨烯得到充分應用的必然趨勢。

功能化石墨烯的研究正處在一個快速發展的時期，越來越多新種類的功能隨著新基團一起引入到功能化石墨烯這個大家族中，同時較為成熟的功能化石墨烯材料也在不斷地取得新的進展。然而另一方面，真正將功能化石墨烯用于實際的生產生活中，則是又一重大的挑戰，還有許多問題待解決，進一步面臨批量化的問題。其中最為突出的問題是“定量”和“定位”。

定量問題，也就是如何判定和控制石墨烯表面引入功能化物質的量，這在許多文獻中已經有所提及，并且有一些文獻提出了非常實際的方案。但是對于大部分功能化石墨烯來講，它們距離實際應用乃至產業化的需求，還有相當長的路要走。

定位問題，則是指如何精確地在石墨烯表面選擇功能化的位點，是否能夠進行精細化學結構的設計等。目前的研究很少對這一問題進行關注，但高度規則的功能化將大大有助于更好地發揮功能物質的性能，在高度可控的功能化條件下石墨烯還將呈現許多新奇的性質。因此可以想見，這一個問題將是功能化石墨烯這一領域向前繼續發展的突破口。

（資料來源：知網）

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。