石墨烯基无机纳米材料

1、石墨烯基无机纳米材料，张乃富，简介，无机材料(金属纳米材料、半导体和绝缘纳米材料)可以分散在石墨烯纳米层表面合成石墨烯基无机纳米复合材料。由于无机纳米粒子的存在，石墨烯片之间的距离可以增加到几纳米，从而大大减少了石墨烯片之间的相互作用，保持了单层石墨烯的独特性能，这是传统化学修饰方法所无法达到的。因此，用无机纳米粒子改性石墨烯片为防止石墨烯片聚集提供了一种新的途径。从另一个角度来看，石墨烯基无机纳米复合材料不仅能同时保持石墨烯和无机纳米粒子的固有特性，还能产生新的协同效应，具有广泛的应用价值。无机纳米粒子可以减少石墨烯片之间的相互作用，石墨烯与特定纳米粒子的结合使得这种复合材料在催化剂和光学领

2、域具有广阔的应用前景。目前研究的无机纳米粒子主要包括金属纳米粒子：金、银、钯、铂、镍、铜、钌和铑；金属氧化物纳米粒子：二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、二氧化锰、四氧化三钴、四氧化三铁、氧化镍、氧化亚铜、二氧化钌和二氧化硅；硫化物纳米颗粒：硫化镉，CdSe。石墨烯由于其独特的结构柔性、超高导电性、优异的热稳定性和巨大的比表面积，在纳米材料的制备和应用领域具有广阔的发展前景。将石墨烯与其他功能纳米材料结合制备石墨烯基纳米复合材料是扩大石墨烯应用范围的有效途径。可用于光催化、超级电容器、4-硝基苯酚催化加氢等领域。化学还原制备电化学沉积制备热蒸发制备水热制备溶胶-凝胶制备化学还原法是制备石墨烯基金属纳米

3、材料的常用方法。一些贵金属前体，如高氯酸、硝酸银、氯化钾和氯化氢，可以通过还原剂如抗坏血酸和硼氢化钠在石墨烯表面还原。此外，金属氧化物如氧化亚铜、二氧化锡、二氧化锰、氧化镍等。也可以通过化学还原在氧化石墨烯/氧化石墨烯表面形成。例如，化学还原制备，徐，朱；高；基于溶液的银纳米粒子-石墨烯杂化膜的合成和表征。carbon 2011，49 (14)，4731-4738。通过电化学沉积制备。化学还原法中使用的还原剂和有机溶剂会降低石墨烯与纳米粒子之间界面的活性，从而降低复合材料的性能。在石墨烯基体上直接电化学沉积无机纳米材料是一种绿色高效的制备石墨烯复合膜的方法。然后，随着氧化石墨烯直接电化学沉积制

4、备石墨烯的出现，发现氧化石墨烯和金属离子可以共沉积制备复合材料。胡，y；等，通过电沉积制备的石墨烯-金纳米结构复合材料及其对氧还原和葡萄糖氧化的电催化活性。电化学学报2010，56 (1)，491-500。热蒸发法制备，这是一种低成本、大规模制备石墨烯基无机纳米复合材料的方法，不使用化学试剂，且形貌可控。例如，周等人采用热蒸发法在石墨烯表面沉积金纳米粒子，研究了石墨烯层对金纳米粒子粒径和密度的影响。他们发现，随着石墨烯层数的增加，颗粒密度减小，颗粒尺寸增大，因为沉积在不同表面的金原子的扩散系数不同，石墨烯表面的自由能与层数有关，层控制石墨烯与热蒸发的金原子之间的相互作用，从而影响金纳米粒子在石

5、墨烯表面的吸收、分析和扩散。周，洪；等，沉积在n层石墨烯上的银的厚度相关的形貌和表面增强拉曼散射。物理化学杂志，2011，115 (23)，11348-11354。水热法是一种简单的在高温和固定体积下产生高压来制备无机纳米复合材料的方法。例如，王等人采用水热法制备了Bi2O3/石墨烯纳米复合材料，在10 A/g下材料的比电容达到757 F/g。最近，Marlinda等人通过水热处理制备了含有GO、Zn(CH3COO)2、氢氧化钠和氨水的混合溶液的氧化锌纳米棒/石墨烯复合材料，可用于气体传感器领域。马林达，美国；高效制备氧化锌纳米棒还原氧化石墨烯纳米复合材料。材料快报2012，80，9-12。通

6、过溶胶-凝胶法制备。溶胶-凝胶法是一种非常有效的制备金属氧化物结构材料和薄膜涂层材料的方法，它以金属醇盐或金属氯化物为前驱体，进行一系列水解和缩聚反应。该方法成功制备了石墨烯/二氧化钛、Fe3O4和二氧化硅纳米复合材料。杜，j；等，分级有序的大介孔二氧化钛-石墨烯复合薄膜：改进的质量转移，减少的电荷复合，及其增强的光催化活性。ACS nano 2010，5 (1)，590-596。石墨烯与铂族金属的复合、石墨烯与金属银的复合、石墨烯与金属金的复合、石墨烯与二氧化钛和硫化物半导体的复合，石墨烯在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的电催化性能可以通过石墨烯与铂族金属的复合以及负载具有大表面积和良好

7、导电性的碳材料的纳米铂基催化剂来显著提高。这不仅可以最大化催化剂的表面积以促进电子转移，还可以通过导电载体材料富集和转移电子。目前所用的主要支撑材料是炭黑，但石墨烯因其优越的性能被认为是一种理想的支撑材料。西格，b；电催化活性石墨烯-铂纳米复合材料。二维碳载体在质子交换膜燃料电池中的作用。物理化学杂志2009，113 (19)，7990-7995。石墨烯与金属银的结合以及银的附着导致薄膜中氧化石墨烯的拉曼信号增强，增强程度可以通过氧化石墨烯片上银纳米粒子的数量来调节。Pasricha等人在含氢氧化钾的氧化石墨烯悬浮液中加入了硫酸银。由于氧化石墨烯上的羟基具有苯酚的弱酸性，在碱性条件下生成酚盐阴

8、离子，酚盐阴离子通过芳香亲电取代将电子转移到银上，使银还原形成银/氧化石墨烯复合物，再被肼还原得到银/氧化石墨烯复合物。帕斯卡，右；古普塔，南；斯利瓦斯塔瓦，又名，一种简单而新颖的银-石墨烯基纳米复合材料的合成。小2009，5 (20)，2253-2259。国家纳米科学中心的孙连峰将加热蒸发产生的金蒸气沉积在厚度不均匀的石墨烯表面，通过热处理形成金，发现随着石墨烯层数的增加，金颗粒的尺寸和颗粒间的间隙逐渐增大，这对识别不同的石墨烯层具有重要意义。此外，冯等用第一性原理方法研究了金/锗复合材料对一氧化碳氧化的催化活性。研究表明，金原子与石墨烯的相互作用导致其部分填充的D轨道位于费米能级附近，从而

9、产生高催化活性。陆，王永辉；周，男；张；冯延平，金属嵌入石墨烯：a可能的高活性催化剂。物理化学杂志，2009，113 (47)，20156-20160。二氧化钛是石墨烯和二氧化钛的复合材料，由于其稳定无污染的特性，已经成为最好的光催化材料之一。由于光激发二氧化钛产生的电子-空穴对易于复合，利用石墨烯独特的电子传输特性，减少光生载流子的复合，提高二氧化钛的光催化效率成为研究热点。研究表明石墨烯是一种理想的光催化剂载体。美国圣母大学的卡马特将氧化石墨粉末加入二氧化钛胶体分散体中进行超声处理，得到二氧化钛纳米粒子包覆的氧化石墨烯悬浮液，并在氮气保护下用紫外光照射该悬浮液，得到二氧化钛/锗复合材料。二

10、氧化钛作为光催化剂将光电子从二氧化钛转移到氧化石墨烯上，紫外光作为还原剂。该方法不仅提供了氧化石墨烯的紫外辅助还原技术，而且为获得光学活性半导体/石墨烯复合材料开辟了新的途径。威廉姆斯，通用；西格尔；纳米二氧化钛-石墨烯纳米复合材料。氧化石墨烯的紫外光辅助光催化还原。ACS nano 2008，2 (7)，1487-1491。除了金属氧化物半导体外，石墨烯和硫化物半导体的复合也是发展半导体/石墨烯纳米复合材料的一个重要方向。上海大学的曹奥能和他的合作者在二甲基亚砜(DMSO)中合成了石墨烯/CdS量子点纳米复合材料。用溶剂热法在二甲基亚砜中将氧化石墨烯还原成石墨烯，二甲基亚砜是反应的溶剂和硫源。