常规氧化石墨复合材料

氧化石墨烯表面含有-OH和-COOH等丰富的官能团，在水中可发生去质子化等反应带有负电荷，由于静电作用将金属阳离子吸附至表面；相反的，如果水中pH等环境因素发生变化，氧化石墨烯表面也可携带正电荷，则与金属离子产生静电斥力，二者之间的吸附作用**减弱。而静电作用的强弱与氧化石墨烯表面官能团产生的负电荷相关，其受环境pH值的影响较明显。Wang44等人的研究证明，在pH＞pHpzc时（pHpzc=3.8），GO表面的官能团可发生去质子化反应而带负电，可有效吸附铀离子U(VI)，其吸附量可达到1330mg/g。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。常规氧化石墨复合材料

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。无污染氧化石墨膜氧化石墨片层的边缘包括羰基或羧基。

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。

氧化石墨烯（GO）的比表面积很大，而厚度只有几纳米，具有两亲性，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，同时具有良好的生物相容性，超薄的GO纳米片很容易组装成纸片或直接在基材上进行加工。另外，GO具有独特的电子结构性能，可以通过荧光能量共振转移和非辐射偶极-偶极相互作用能有效猝灭荧光体（染料分子、量子点及上转换纳米材料）的荧光。这些特点都使GO成为制作传感器极好的基本材料[74-76]。Arben的研究中发现，将CdSe/ZnS量子点作为荧光供体，石墨、碳纤维、碳纳米管和GO作为荧光受体，以上几种碳材料对CdSe/ZnS量子点的荧光淬灭效率分别为66±17%、74±7%、71±1%和97±1%，因此与其他碳材料相比，GO具有更好的荧光猝灭效果[77]。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。

GO的载药作用也可促进间充质干细胞的成骨分化。如用携带正电荷NH3+的GO（GO-NH3+）和携带负电荷COOH-的GO（GOCOOH-）交替层叠使其**外层为GO-COOH-，以这种GO作为载体，携带骨形态发生蛋白-2（BMP-2）和P物质（SP）附着到钛（Ti）种植体上，结果以Ti为基底，表面覆盖GO-COOH-，携带BMP-2和SP（Ti/GO-/SP/BMP-2）种植体周围的新骨生成量要明显多于Ti/SP/BMP-2、Ti/GO-/BMP-2、Ti/GO-/SP。这证明GO可以同时携带BMP-2和SP到达局部并缓慢释放，增加局部BMP-2和SP的有效剂量且发挥生物活性作用[89,90]。GO的这种双重携带传递作用在口腔种植及骨愈合方面起着重要的作用。而体内羟磷灰石（hydroxyapatite，HA）是一种常用于骨组织修复的磷酸钙陶瓷类材料。在HA中加入GO，可以增强其在钛板表面的附着强度；以HA为基底，表面覆盖GO的复合物（GO/HA）表现出比纯HA更高的抗腐蚀性能，细胞活性也更强。氧化石墨能够应用在交通运输、建筑材料、能量存储与转化等领域。制造氧化石墨导热膜

减少面内难以修复的孔洞，从而提升还原石墨烯的本征导电性。常规氧化石墨复合材料

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子，半径小于0.45nm的离子渗透速率比自由扩散高出数千倍，且这种行为是由纳米毛细管网络引起的。异常快速渗透归因于毛细管样高压作用于石墨烯毛细管内部的离子。GO薄膜的这一特性在膜分离领域具有非常重要的应用价值。常规氧化石墨复合材料