氧化石墨烯改性

催化剂可以是天然或合成材料，例如酶、有机化合物、金属和金属氧化物。碳纳米材料包括炭黑、碳纳米管（ＣＮＴ）、石墨烯及其衍生物，是许多合成催化剂的重要组分。它们已被用作有效催化剂或其他催化剂的载体。在上述碳材料中，石墨烯**近引起了**强烈的关注。这主要是由于石墨烯与开发新催化剂的其他碳同素异形体相比具有多项优势。一是，石墨烯的理论比表面积高达约２６００ｍ２·ｇ－１，是单壁碳纳米管的两倍，高于单壁碳纳米管、大多数炭黑和活性炭。这种结构特征使得石墨烯非常适合作为负载催化剂的二维载体的潜在应用。此外，局部共轭结构赋予石墨烯在催化反应中对基板的吸附能力增强。二是，石墨烯材料，尤其是化学改性石墨烯（ＣＭＧ），可以将氧化石墨及其衍生物作为起始原料，通过使用石墨以较低成本大规模获得。石墨烯材料不含碳纳米管中存在的几乎不可避免的金属杂质，这会阻碍催化反应中的碳纳米管性能。三是，石墨烯的优异电子迁移率促进催化反应期间的电子转移，改善其催化活性。四是，石墨烯还具有高的化学、热学、光学和电化学稳定性，可以提高催化剂的寿命。石墨烯防腐浆料可与基体材料进行复合，从而赋予该材料导电、导热、机械增强的性能。氧化石墨烯改性

从化学结构可以看到，石墨烯具有垂直于晶面方向的大π键，此结构决定了其具有优异的电化学性能，在室温下的导热系数可高达５３００Ｗ·（ｍ·Ｋ）－１，能够比肩比较好的碳纳米管导热材料。常温下其电子迁移率甚至高于碳纳米管和硅晶体，属于世界上电阻率**小的材料。此外，石墨烯还具有完全敞开双表面的结构特性，也就是说它类似于不饱和有机分子，能够进行一系列的有机反应，能够与聚合物或无机物结合，从而提升材料的机械性和导电导热性。深入这方面的研究，对石墨烯进行官能团修饰，能够使其化学活性更加丰富［３－４］。由于石墨烯具有上述的结构特性，越来越多的研究者开始着眼于以石墨烯为基底的合成材料。河北新型氧化石墨烯导热氧化石墨烯结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。

从实际应用的角度看，石墨烯需要和基板接触，因此，减少石墨烯薄膜和基板之间的接触热阻是石墨烯热管理应用必须考虑的问题。单层或少数层石墨烯和基板之间的范德华力可以保证石墨烯和基板之间很好的热耦合[42]。但是石墨烯薄膜由于厚度较大，范德华力远远不能满足热从基板传递到石墨烯薄膜上。传统的连接基板和散热片之间的导热胶由于体积和热导率较低的原因，已经满足不了实际应用的需求，必须采用共价键等其他的方式，以增强热传递的效率。本团队在这方面做了一些探索性的工作，主要采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。实验结果表明，引入功能化分子后，热点的散热效果提高了近1倍

在用氧化还原法将石墨剥离为石墨烯的工业化生产过程中，得到的石墨烯微片富含多种含氧官能团。由于石墨烯片层上的这些缺陷，在一些情况下，石墨烯微片无法满足某些复合材料在抗静电或导电、隔热或导热等方面的特殊要求。为了修复石墨烯片层上的缺陷，提高石墨烯微片的碳含量和在导电、导热等方面的性能。通过调控氧化石墨烯的结构，降低氧化程度，降低难分解的芳香族官能团，如内酯、酮羰基、羧基等官能团的含量，从而增加后续官能团分解的效率和降低分解温度。调控氧化条件，减少面内大面积反应。该减少缺陷的方案，有助于提升还原效率，减少面内难以修复的孔洞，使碳原子排布更密集，进一步减少修复段的势垒，将能量用于增加碳原子离域尺寸，提升晶元大线，从而提升还原石墨烯的本征导电性。研发了深度还原技术，并通过自主开发的还原设备，将石墨烯微片碳的质量分数提高到90%以上；且粉末电导率相比还原前提升20倍，达到了4000S/m以上。石墨烯导电浆料中分散有少层石墨烯，可以作为电池正极导电剂。

提升材料的分散能力与复合结构制备技术。通过均匀分散与活性材料达到良好的电化学接触是碳纳米管与石墨稀在用作导电添加剂与复合导电结构时发挥性能的关键。特别是在锂硫电池中，一般所制备的碳硫复合电极中碳材料的含量往往超过30%，严重影响了所制备硫电极的实际比容量性能，因而需要通过提高碳材料的分散能力与复合电极的制备技术以在高硫负载率下，仍能保证复合电极较高性能的发挥。(3)开发新的应用模式。对碳纳米管与石墨烯的应用可不限于其本身，而是通过诸如碳纳米管与石墨烯的复合或两者与其他导电结构的复合，以不同材料间的协同作用来构筑更为完善的导电结构。同时也通过降低碳纳米管与石墨烯在电极中的使用量，有效降低材料的应用成本。可应用于电机、变压器、电力电缆、电气柜、新能源汽车、风力发电、电触头材料等领域。河北新型氧化石墨烯导热

石墨薄片层可以经机械剥离剥离为氧化石墨烯。氧化石墨烯改性

石墨烯宏观体材料的形状可通过改变不同的制备方法、反应基底及反应容器等对其进行调控，但其微观结构的可控性和重复性差。具有相同宏观形貌的石墨烯相关理化性能也不尽相同，甚至相差很大。因此，对于实现宏观体石墨烯材料微观结构的控制是今后研究的一个难点。当前制备石墨烯宏观体材料大部分都是以氧化石墨、氧化石墨烯以及还原氧化石墨烯等石墨烯氧化物为原料，但这些石墨烯氧化物在电学性能和力学性能等方面都略有减弱，制备出来的石墨烯宏观体材料的结构性能也就与理论研究结果差距较大，因而对石墨烯宏观体制备原料的开发以及结构性能的提高是至关重要的。尽管石墨烯宏观体材料较大的比表面积和良好的电学性能可应用于环境治理和电子器件等领域，但石墨烯良好的透光和导热性能仍待进一步的研究应用。氧化石墨烯改性