掺杂型石墨烯基纳米复合材料的研究进展

石墨烯

化 工 进

展

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CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2011年第30卷第4期

掺杂型石墨烯基纳米复合材料的研究进展

张紫萍1，刘秀军1，李同起2，胡子君2

（1天津工业大学环境与化学工程学院，天津 300160；2 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防

科技重点实验室，北京 100076）

摘 要：简述了石墨烯具有独特的结构、优异的性能以及制备方法；着重探讨了石墨烯基纳米复合材料的主要掺杂方法，如元素掺杂法，主要包括非金属元素和金属元素掺杂；化合物掺杂法以及碳素材料掺杂法。这些掺杂法制备出的纳米复合材料应用广泛，主要在超级电容器、传感器、储氢方面以及生物医学等领域突出。最后进一步提出了在石墨烯探索过程中的一些问题，如其易产生褶皱以及分散性能不稳定等。同时也阐述了其未来可能发展趋势，如探讨磁性、光学性能等。 关键词：石墨烯；掺杂；纳米复合材料

中图分类号：O 613.71 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）04–0788–06

Progress of doped graphene nanocomposites

ZHANG Ziping1，LIU Xiujun1，LI Tongqi2，HU Zijun2

（1 School of Environmental and Chemical Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China；

2

National Key Laboratory of Advanced Functional Composite Materials，Aerospace Research Institute of

Materials and Processing Technology，Beijing 100076，China）

Abstract：Graphene has unique structure and excellent performance，and its preparation methods are presented. The emphasis is focused on the major doping methods of graphene nanocomposites，such as element doping methods，including non-metallic elements and metallic elements doping methods，compounds doping methods and carbon materials doping methods. These nanocomposite materials are widely used，especially in the supercapacitor，sensor，hydrogen storage，and biomedical areas. Some problems about the processing of grapheme are presented，such as easily getting folded，instability of dispersion and so on. The future trend of application is discussed，for example magnetism and optical property.

Key words：graghene；doping；nanocomposites

碳元素广泛存在，具有很多同素异形体，常认为石墨是由二维网状碳原子组平面经有序堆叠成的晶体，其单层网状平面结构晶体在自然界中并不能单独稳定存在。但早在1988年日本东北大学教授以蒙脱土为模板，用丙烯腈做原料，在模板二维层间制得石墨烯片层结构，但当去除模板后不能单独存在，迅速生成了三维石墨体[1]。随后2004年英国科学家成功用机械剥离法将石墨层片剥离，获得了碳

此种可稳定存原子sp2杂化连接的单层石墨层片[2]。

在的二维单原子厚度碳原子晶体——自由态石墨

烯（Graphene）[3]，其基本单元结构是最具稳定结构的六元环，它的发现充实了碳元素家族，可作为零维富勒烯、一维碳纳米管（尤其单壁CNT）、三维金刚石及石墨的基本结构单元[4]，是当前理想的二维纳米材料，结构如图1。

收稿日期：2010-10-22；修改稿日期：2010-11-18。

基金项目：国家重点基础研究发展计划（国家973计划）项目（2006CB600907）。

第一作者：张紫萍（1986—），硕士研究生。联系人：刘秀军，E-mailliuxiujun@tjpu.edu.cn。