石墨烯复合材料的性质及应用.ppt

石墨烯复合材料的性质及应用 三石墨烯基复合材料的应用 二 石墨烯基复合材料的分类 一 石墨烯复合材料的结构 绪论 绪论 石墨烯自 2004 年由曼彻斯特大学 Meyer 等、Novoselov 等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视 。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯 、碳纳米管 、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元 。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法 、晶体外延法 、化学气相沉积法 、插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其他材料体系进行复合 。从而获得具有优异性能的新型复合材料 。而氧化石墨烯由 于其特殊的性质和结构， 使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体 。 本文中综述了石墨烯复合材料的结构 、分类及其在催化领域 、电化学领域 、生物医药领域和含能材料领域的应用 。 1 石墨烯复合材料的结构 ①石墨烯负载的复合材料; ②石墨烯包裹的复合材料; ③石墨烯内嵌的复合材料; ④基于石墨烯层状复合材料 。 ①石墨烯负载的复合材料 石墨烯负载的复合材料是在石墨烯表面引入第二组分并在其表面进行外延伸展得到的 。 ②石墨烯包裹的复合材料 石墨烯包裹的复合材料是用石墨烯片将第二组分包裹得到的， 可以更有效地防止第二组分的聚合 。 ③石墨烯内嵌的复合材料 石墨烯内嵌的复合材料是将石墨烯纳米片作为填充物充分分散在第二组分的基体相中得到的 。 其中基体相可以是纳米材料，也可以是块体材料组成 。在现阶段的研究中 ，石墨烯内嵌的复合材料的第二组分以聚合物居多， 但一些无机化合物如陶瓷材料也可以嵌入石墨烯中形成石墨烯内嵌的功能陶瓷材料 。 由于石墨烯具有很大的比表面积和很高的导电率， 使得这些陶瓷材料具有更好的性质和应用价值 。 ④基于石墨烯层状复合材料 石墨烯层状复合材料是将第二组分和石墨烯片交替堆积而成， 该结构可以使石墨烯与第二组分的接触面积最大化， 并有利于电子的产生 、 传输和分离 。 2 石墨烯基复合材料的分类 2. 1 石墨烯 －纳米粒子复合材料 2. 2 石墨烯 －聚合物复合材料 2. 3 石墨烯 －碳基材料复合材料 石墨烯具有诸多优异的性能，如导电导热性好 、韧性好 、比表面积大等等，这些性能使得石墨烯基复合材料呈现出许多优异的特性 。如以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子的催化性能 、 传导性能; 利用石墨烯较好的韧性，将其添加到高分子中 ，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能 。按第二组分的不同， 可将石墨烯复合材料分为石墨烯 －纳米粒子复合材料 、石墨烯 －聚合物复合材料和石墨烯 －碳基材料复合材料 。 2. 1 石墨烯 －纳米粒子复合材料 石墨烯与其他碳材料( 碳纳米管 、富勒烯等) 相比， 表现出优异的电学 、 光学等物理化学性质 ， 以及有较低的制备成本， 使得石墨烯成为了纳米粒子的潜在载体 。由于片层间范德华力的作用 ，石墨烯往往存在着不可逆的团聚现象， 而存在于石墨烯层间的纳米粒子正好起到分离邻近石墨烯片层 、防止发生团聚的作用 。近年来，人们创造性地将石墨烯与纳米粒子复合起来，形成了一个新的研究领域 。可与石墨烯形成复合物的纳米粒子有很多，如负载金属纳米粒子 ( Pt 、Au 、Pd 、 Ag 等) 、氧化物纳米粒子( Cu2O 、TiO2、 SnO2 等) 以 及硫化物纳米粒子( CdS) 等。这些不同负载粒子的石墨烯复合材料也呈现出了许多不同的性质。 石墨烯/V2O5 复合 材 料，石墨烯 /SnO2 复合材料 、 石墨 烯 /Co3 O4 复合 材料 、石墨 烯 /MoO2复合 材 料、石墨 烯 /Mn3 O4 复合 材 料等 石 墨烯 /金属氧化物复合材料 2. 2 石墨烯 －聚合物复合材料 之前已经有许多关于碳基材料－聚合物复合材料的报道， 特别是基于碳纳米线、 碳纳米管和富勒烯－聚合物复合材料的研究， 作为碳材料家族独特的一员 ， 石墨烯同样可以作为添加材料或载体与聚合物进行复合。 石墨烯由于其独特的结构和性能，在改善聚合物的热性能、 力学性能和电性能等方面具有相当大的应用价值。 2. 3 石墨烯 －碳基材料复合材料 石墨烯除了能够和纳米粒子、 高聚物复合外， 还 可以与其他碳基材料( 碳纳米管、 富勒烯等) 组装形成复合材料， 这些碳基材料可以相互组合而呈现出一些优越的性能。如石墨烯包覆 CNT －S纳米复合材料。 三石墨烯基复合材料的应用 3. 1 在催化领域的应用 3. 2 在电化学领域的应用 3. 3 在生物医药领域的应用 3. 4 在含能材料领域的应用 石墨烯