石墨烯的制備、功能化及在化學中的應用

隋慧文，劉滿倉，張 浩

（沈陽理工大學，遼寧沈陽 110179）

石墨烯的制備、功能化及在化學中的應用

隋慧文，劉滿倉，張 浩

（沈陽理工大學，遼寧沈陽 110179）

石墨烯作為新興化學材料的一種，其發現推進了人類化學及其相關產業從硅時代邁入碳時代進程。已知的石墨烯，是一種只有一層的碳原子晶體，具有較大的開發潛力。在化學中，石墨烯具有的功能、如何制備及應用，是本文將要探討的主要問題。

石墨烯；化學應用；碳材料

石墨烯在發現后，科學家逐步對其性能進行測試，逐步掌握了許多實際應用性能，根據其性能，人們可以制作出許多具有實際應用價值的產品，這極大地推動了人類社會的發展，本文通過探討石墨烯的制備及性能，希望其可以在化學方面進一步應用，制造出更多新型產品，為人們生活提供便利。

1 石墨烯的發現

石墨烯的發現過程有一定的戲劇性，在偶然的試驗過程中，物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發現，將石墨用透明膠帶粘貼后，撕下來的石墨層厚度，只有幾十個原子，通過一次次的實踐，最終其得到了石墨烯，一種超薄高導材料[1]。

2 制作方法

制作石墨烯的方法有很多，以下主要講述幾種方法。

2.1運用機械進行抽離

此方法是運用其他離子在定向時，在相關設備里對石墨進行高溫加熱，將其表面刻印出一定的面積，將其壓在涂有類似感光劑等對光敏感液體的底座上，經過燒制后，用透明膠帶粘貼掉多余的石墨后，將底座上的其他石墨片浸泡在化學液體中，運用超聲波進行清洗，得到厚度較小的石墨片。此方法可以得到只有幾層疊加石墨烯，但操作過程復雜，無法將石墨烯進行批量生產。

2.2氧化制出

此方法先將石墨通過化學物質使其表面物質與氧結合失去電子活性，得到含有羰基等有機原子團的石墨氧化物，得到氧化物的過程可以擴大石墨層之間的距離，之后通過其他具體剝離方式將其分離開后，可得到石墨烯氧化物，再對氧化物作進一步還原，從而制作出石墨烯。使用此方法可以批量生產只有一層的石墨烯片，可進一步應用在實際生產中。

2.3運用化合物合成

此種方法是運用具有一定量的具有完整結構的多層石墨烯，通過化合物將其與其他物質進行化學作用，從而合成出石墨烯納米帶。此種方法生產過程較簡單，可在一定情況下使用其制出石墨烯。

2.4化學氣體沉積

此種方法是先將石墨烯制成顆粒狀，此顆粒是經過通過高溫分解其他化學物質后產生熱量后，將其放置在高溫平面降溫使石墨原子沉淀制出，而后用化學方法對顆粒狀石墨烯進行腐蝕過程，去除粘在石墨烯表面上的其他物質得到石墨烯片。此方法可以制作出較大面積的石墨烯片，且質量很高，可以應用在實際生產中制作石墨烯[2]。

3 具備的性能

3.1水溶性

由于石墨烯是單層碳元素構造，其六角形的分子結構相比較于其他形勢穩定，可以對石墨烯表面進行包裹。此方法可以在不破壞石墨烯結構的前提下對其進行應用，運用石墨烯與其他物質具有較強的鍵力這一原理，通過化學物質的作用，將石墨烯分散在水中無法形成晶體，使其可以有進一步的應用。

3.2與其他物質摻雜作用

將F4-TCNQ分子進行低溫蒸發后，得到其與石墨烯摻雜后的物質，用對光辨識度高的設備進行操作，可以發現在石墨烯上的電子，從而轉移到與其摻雜的其他分子上，證明了石墨烯可以通過與其他分子摻雜后，可以導電，這一實驗得到了石墨烯的又一特性。通過進一步測試，研究發現，石墨烯在溶劑中分散后可以將其攜帶的電子轉移到溶劑中，且由于石墨烯與其他物質作用后，甚至在水中也可以很好地分散到各個角落。

4 實際應用方式

4.1制作電極

由于石墨烯具有良好的導電性，并且可以對其進行氧化，目前已經在制作電極材料中得到應用。將石墨烯氧化物通過一定方法附著在金電極表面，可以形成由石墨烯包圍的電極，實驗表明，石墨烯可以將電子轉移到其他物質中，應用后的石墨烯對氧分子和過氧化氫化合物有良好的催化作用，通過對石墨烯進行過電設置可以使這兩種物質進行化學還原反映。通過這種特性，石墨烯可以為許多電極覆膜并制成新型傳感器。

4.2綠色化學電容器

目前國家加大對綠色環保材料的開發，將各種裝置的可持續化。電容器通常是指電池、電平等儲蓄電的裝置，這些裝置在使用后，被當作垃圾隨意丟棄，會釋放出大量有毒化學物質，危害環境。由石墨烯構成的新型化學電容器具有環保特效，并且可以增加電容器輸出的最大功率、受電快、充電迅速[3]。

4.3作為載體

石墨烯由于其構成的穩定性，可以與易于發生化學反應的物質結合，增加被結合物質的穩定性，如催化劑等。催化劑由于自身化學結構相對松散，在運輸、傳導過程中易與其他物質發生作用，與石墨烯摻雜后，可以增加其傳輸過程的安全度。

5 結束語

筆者希望，通過本文對石墨烯制作方法及其功能和用途的介紹，可以更好地將石墨烯的化學運用與實際生產生活相結合，使企業經營效益提升，促進化學制造業及其相關產業勞動效率提高，進而推動國家經濟向前發展。

[1] 黃海平，朱俊杰.新型碳材料——石墨烯的制備及其在電化學中的應用[J].分析化學，2011，（7）：963-971.

[2] 李松，顏紅俠，張夢萌，等.石墨烯的功能化及其在聚合物改性中的應用研究[J].材料開發與應用，2013，（6）：86-94.

[3] 魏志凱，張煥，鄭明森，等.基于石墨烯的功能化復合材料及其在電化學儲能中的應用[J].廈門大學學報（自然科學版），2014，（5）：640-651.

Preparation of Graphene，Function and Its Application in Chemistry

Sui Hui-wen，Liu Man-cang，Zhang Hao

Graphene as a new chemical material，which was found to promote human chemical and related industries into the era of carbon from the silicon era process.Known graphene is only one kind of carbon atoms in a crystal layer，with great potential for development.In chemistry，graphene has a function，how to prepare and use，is a major issue that will be discussed herein.

graphene；chemistry；carbon material

TQ127.11

A

1003-6490（2016）01-0058-02

2015-01-15

隋慧文（1993—），男，遼寧朝陽人，本科在讀，主要研究方向為應用化學。