新型氧化石墨烯研发

    当今世界面临着严峻的环境与能源挑战。传统能源如煤、石油的不断消耗以及环境的日益恶化严重影响了人类的日常生活以及社会的正常发展。因而开发更为高效与环境友好的能源设备越来越得到人们的强烈关注。为**的初代锂离子二次电池以其在能量密度与操作电压上明显优于传统铅酸与镍镉电池的优势，迅速应用于便携电子设备电池市场。其后，随着具有环境友好、成本低廉、循环性能稳定等诸多优势的以磷酸铁锂为**的正极材料的报道［6，7］，锂离子二次电池的应用也扩展到混合动力汽车与纯电动汽车领域。然而目前锂离子电池电极材料还存在着诸多问题，如较低的电子电导率与锂离子迁移效率、嵌脱锂过程中巨大的体积变化、电极材料与电解液的副反应造成的容量损失以及活性物质不可逆的结构变化制约材料的循环稳定性等。另外，由于目前常用的锂离子电池正极材料固有的理论容量限制，实际应用的锂离子电池的比能量密度很难突破250Wh/kg［8］，因而难以满足其在高比能量电池领域的长远发展。在这种背景下，锂硫电池作为一种新的电化学储能体系，以其超高的理论能量密度(2600Wh/kg)以及单质硫储量丰富、环境友好的特点，成为高比能二次电池的研究热点。 氧化石墨烯颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。新型氧化石墨烯研发

    石墨烯薄膜具有优异的面内热导率和良好的柔钿性，因此经常在可穿戴设备、电子设备等领域被用作散热材料使用。刘忠范院士团队［７８］通过等离子增强化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ）在蓝宝石衬底上生长石墨烯纳米壁，得到的纳米壁具有独特的结构和出色的热导率。在输入电流为３５０ｍＡ的情况下，基于石墨烯纳米壁组装的ＬＥＤ在光输出功率方面提高了３７％左右，而温度却降低了３．８％，说明石墨烯纳米壁可用作ＬＥＤ应用中增强散热的良好材料。Ｋｉｍ［７９］等人使用球磨法将氟化石墨剥落为氟化石墨烯溶液，然后通过真空抽滤得到１０ｐｍ厚的超薄氟化石墨烯薄膜（ＥＧＦ），显示出２４２Ｗｍ－１Ｋ－１的优异面内热导率。Ｇｕｏ＿等人通过涂布法制备了一种厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。这种石墨烯薄膜具有良好的柔韧性和优异的导热性能，在施加３．２Ｖ电压时，薄膜可以在６ｓ内从室温快速升温至４５°Ｃ。而去除外加电压后，石墨烯薄膜可在５ｓ内迅速冷却至室温，实验结果显示其既具有快速的电加热响应，又具有高效的散热能力。 新型氧化石墨烯研发氧化石墨烯有分散液和粉体形态。

随着工业的发展，漏油、有机溶剂、染料和重金属对水的污染己成为**严重的环境问题之一，因此必须开发出能够有效吸收和去除水中污染物的新型材料。石墨烯三维气凝胶由于具有高孔隙率、低密度和良好的环境友好性等特点，经常被作为一种高效的可循环吸收材料。（）１１［４（）］等人通过ＧＯ与吡咯溶液的水热反应制备了氮掺杂的三维石墨烯水凝胶，所得到的石墨烯骨架具有２．１ｍｇｃｍ－３的**密度和２８０ｍ２ｇ－１的大表面积，因此对各种类型的油和有机溶剂均有着出色的吸附能力，其吸附量高达自身重量的６００倍，远远高于其他常见的碳材料吸附剂。

除了可以将太阳能转换为热能存储之外，石墨烯相变材料也可以将电能转换为热能存储。Ｗａｎｇ［６５］等人通过冰模板法制备了石墨烯纳米片（ＧＮＰ）气凝胶，然后与石蜡复合得到相变复合材料，具有高导热性、较好的形状稳定性和热稳定性，当ＧＮＰ含量为４．１ｗｔ％时热导率可达到１．４２Ｗｍ－１１Ｃ１。此外，当电压为５Ｖ时，流经样品的电流约为１．１８Ａ，此时温度迅速升高，证实了其出色的电热转换能力。Ｌｉ［６６】等人将气相扩散法和溶胶－凝胶法相结合，通过超临界Ｃ０２干燥和热退火过程，制备了具有各向异性网络的三维石墨烯气凝胶，导热率和导电率分别高达１．７１士０．２Ｗｎｒ１１Ｃ１和３４１．３Ｓｎｒ１。其相变复合材料在施加１？３Ｖ的电压时，电－热转换效率比较高可以达到８５％。这项工作能够为开发智能的电－热转换及存储系统提供理论基础，并证明了石墨烯相变复合材料在电子设备、太阳能存储利用、热管理系统等领域具备的潜力。氧化石墨烯具有两亲性，是因为其含有官能团。

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。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。内蒙古制备氧化石墨烯制造

氧化石墨烯还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。新型氧化石墨烯研发

材料应用范围很广。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域，因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。石墨烯通常可由氧化石墨烯还原得到，其主要的制备方法有机械剥离法、化学还原法、溶剂热还原法、光催化还原法、化学气相沉积法等。其中，化学还原法由于具有成本低、工艺简单易控等特点而备受科研工作者的推崇。目前，用于制备还原氧化石墨烯或石墨烯的化学还原剂主要有钠与硼氢化钠混合液、硼氢化钠和硫酸混合液、氢碘酸、氢碘酸与乙酸混合液，钠-氨，对苯二酚，维生素C-氨基酸，L-对抗坏血酸，锌粉，铝粉，铁，碱，水合肼，二甲基肼，硫化氢以及氢化钠等。然而，在利用这些还原剂的过程中，高温、大量有机溶剂以及有毒药品的使用限制了大规模生产还原氧化石墨烯。因此，开发一种简单易行、反应条件温和、生产成本低、环境友好型的还原氧化石墨烯的方法是十分必要的。新型氧化石墨烯研发