國內外石墨烯前沿應用研究進展

江洪 王春曉

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，是人類目前已知的強度最高的物質。自2004年由英國曼徹斯特大學2位科學家（Andre Geim和Konstantin Novoselov）首次制備出后，石墨烯引起了科學界的廣泛關注，被認為是一種影響未來的革命性的材料。石墨烯在各個領域中的應用都涉及到它的導電性能和機械性能。石墨烯應用廣泛，在應用中可以和其他物質組合，以實現更好的性能。本文從新能源電池、生物醫學領域、海水淡化、光崔化等角度介紹石墨烯的研究進展情況。

1 新能源電池

1.1 導電添加劑及電極復合材料

石墨烯材料具有良好的導電性，易加工成薄膜，將石墨烯作為導電添加劑加入到鋰離子電池正極中，能夠大幅度提升電池導電率，進而提高電化學性能。作為負極材料可提供給鋰離子可逆的存儲空間，提高容量和快速充放電。例如，在二氧化錫（一種鋰離子電池負極材料）的表面包覆石墨烯材料，可以有效緩解電池充放電過程中產生的體積膨脹問題，提高容量和循環的穩定性[1]。硅納米材料與石墨烯材料的復合材料比一般的導電劑性能更好，減少了多次循環的損耗，降低了成本，其循環可逆比容量大幅提升[2]。日本電器公司Cheng Qian團隊研制出呈蜂窩狀的多孔石墨烯海綿，將其用作鋰離子正負電極的導電添加劑時能夠有效提高電池電極的電子傳導率，降低活性物質的電荷轉移電阻，提升電池倍率性能和循環[3]。……