氧化石墨增强

氧化石墨烯（GO）表面有羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性的活性基团，且片层间距较大，使得氧化石墨烯具有超大比表面积和***的离子交换能力。GO的结构与水通蛋白相类似，而蛋白质本身具有优异的离子识别功能，由此可推断氧化石墨烯在分离、过滤及仿生离子传输等领域可能具有潜在的应用价值1-3。GO经过超声可以稳定地分散在水中，再通过传统成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽滤等处理后，GO微片可呈现肉眼可见的层状薄膜堆叠，在薄膜的层与层之间形成具有选择性的二维纳米通道。除此之外，GO由于片层间存在较强的氢键，力学性能优异，易脱离基底而**存在。基于GO薄膜制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，其在水净化领域具有广阔的应用空间。虽然GO具有诸多特性，但是由于范德华作用力，使GO之间很容易在不同体系中发生团聚。氧化石墨增强

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7nm，以从水中筛分水合Na+（水合半径为0.36nm）。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种小间距。与此相反，如果要扩大GO的层间距至1~2nm，可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链（例如聚电解质），从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物，可以制备出间距超过2nm的GO膜，以用于生物医学应用（例如人工肾和透析），这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。单层氧化石墨性能调控反应过程中氧化条件，减少面内大面积反应，减少缺陷，提升还原效率。

还原氧化石墨烯（RGO）在边缘处和面内缺陷处具有丰富的分子结合位点，使其成为一种很有希望的电化学传感器材料。结合原位还原技术，有很多研究使用诸如喷涂、旋涂等基于溶液的技术手段，利用氧化石墨烯（GO）在不同基底上制造出具备石墨烯相关性质的器件，以期在一些场合替代CVD制备的石墨烯。结构决定性质。氧化石墨烯（GO）的能级结构由sp3杂化和sp2杂化的相对比例决定[6]，调节含氧基团相对含量可以实现氧化石墨烯（GO）从绝缘体到半导体再到半金属性质的转换

光学材料的某些非线性性质是实现高性能集成光子器件的关键。光子芯片的许多重要功能，如全光开关，信号再生，超快通信都离不开它。找寻一种具有超高三阶非线性，并且易于加工各种功能性微纳结构的材料是众多的光学科研工作者的梦想，也是成功研制超高性能全光芯片的必由之路。超快泵浦探针光谱表明，重度功能化的具有较大SP3区域的GO材料在高激发强度下可以出现饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收[6][50][51][52]，这种效应归因于在SP3结构域的光子中存在较大的带隙。相反，在具有较小带隙的SP2域中的*出现单光子吸收。石墨烯在飞秒脉冲激发下具有饱和吸收[52]，而氧化石墨烯在低能量下为饱和吸收，高能量下则具有反饱和吸收[51]。因此，通过控制GO氧化/还原的程度，实现SP2域到SP3域的比例调控，可以调整GO的非线性光学性质，这对于高次谐波的产生与应用是非常重要的。GO表面的各种官能团使其可与生物分子直接相互作用，易于化学修饰。

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3nm。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。单层氧化石墨性能

氧化石墨烯（GO）的光学性质与石墨烯有着很大差别。氧化石墨增强

比较成熟的非线性材料有半导体可饱和吸收镜和碳纳米管可饱和吸收体。但是制作半导体可饱和吸收镜需要相对复杂和昂贵的超净制造系统，这类器件的典型恢复时间约为几个纳秒，且半导体可饱和吸收镜的光损伤阀值很低，常用的半导体饱和吸收镜吸收带宽较窄。碳纳米管是一种直接带隙材料，带隙大小由碳纳米管直径和属性决定。不同直径碳纳米管的混合可实现宽的非线性吸收带，覆盖常用的1.0～1.6um激光増益发射波段。但是由于碳纳米管的管状形态会产生很大的散射损耗，提高了锁模阀值，限制了激光输出功率和效率，所以，研究人员一直在寻找一种具有高光损伤闽值、超快恢复时间、宽带宽和价格便宜等优点的饱和吸收材料。氧化石墨增强