新型碳材料——石墨烯的制备及其在电化学中的应用.pdf

第39卷分析化学FENXIHUAXUE评述与进展第7期
()
2011年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry963971
~

DOI10.3724SP.J.1096.2011.00963
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新型碳材料———石墨烯的制备及其在电化学中的应用

黄海平1,2朱俊杰*2
1江西理工大学工程研究院分析测试中心赣州341000
(,)
2南京大学化学化工学院生命分析化学教育部重点实验室南京210093
(,)

摘要作为单原子厚度的二维碳原子材料石墨烯由于其特殊的结构和物化性能而成为目前碳基材料中
,
的一个研究热点本文主要介绍了石墨烯及其复合纳米材料制备的一些新方法结合石墨烯优良的导电性
。。
和生物相容性论述了石墨烯在电化学分析领域以及电催化超级电容器和电化学电池等方面的应用
,,、。
关键词石墨烯制备电化学应用综述
;;;
1引言

近年来碳基纳米材料包括零维富勒烯Fullerene一维碳纳米管CarbonNanotube以及三维石
,,()、()
墨Graphite材料备受关注传统理论认为准二维晶体材料由于其自身的热力学不稳定性容易在室温
()。:
1,2
环境下分解[]受此影响作为构成上述材料结构单元的准二维碳纳米材料石墨烯Graphene
。,———(),
一直都被视为理论模型而存在2004年Novoselov等第一次用微机械剥离法Micromechanical
。,(
34
cleavage获得石墨烯薄片层[]进而又制备出可在外界环境中稳定存在的单层石墨烯[]2007年
),。,
Meyer等人报道单层石墨烯片层可以在真空或空气中自由地附着在微型金属支架上这些片层只有一
,
5
个碳原子层厚度0.35nm[]自由态的石墨烯在室温下在真空或空气中可稳定存在这一发现推翻了
()。,
历来被公认的完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在的这一观点震惊了科学界并成为碳
“”,
基纳米材料研究的新热点单层石墨烯是指只有一个C原子层厚度的石墨CC间依靠共价键相连
。,
接而形成蜂窝状结构完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构由六边形晶格组成理论比表面积高达
。,,
326337
2.610m/g[]石墨烯具有优异的导热性能310W/mK和力学性能1.0610GPa[]此
×。(×(·))(×)。
外石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性室温下的电子迁移率高达
,,
428
1.510cm/Vs[]石墨烯特殊的结构突出的导热导电性能和力学性能引起科学界巨大兴趣
(·))。、,,
×9,1011
成为材料科学研究热点[]此外石墨烯还具有良好的生物相容性[]因此石墨烯的电催化性能及
。,。,
其在生物传感中的应用也受到强烈关注本综述主要简介石墨烯制备方法及其在电化学领域中的应用
。。
2石墨烯制备方法

研究如何制备较大量具有结构稳定且形貌可控的石墨烯是系统研究这种新型碳基材料的物化性
、,
质及其应用的基础近年来很多学者都在致力于探索单层石墨烯的制备方法本文在一些已发表综
。,,
1216
述基础之上[~]结合最近发表的一些关于石墨烯制备的新方法根据其制备原理作如下评述
,,。
2.1机械剥离法

机械剥离法Mechanicalcleavage是最早用于制备石墨烯的方法主要通过机械力从新鲜石墨晶体
(),
的表面剥离出石墨烯片层早期的机械剥离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层随着技
。,
1720
术方法的改进逐渐可以制备出层数为几个片层的石墨薄片[~]Novoselov等将此方法运用至极限
,。。
他们利用微机械剥离法Micromechanicalcleavage首次成功地从高定向热解石墨Highlyorientedpyro
()(
3,4-
lyticgraphite上剥离并观测到单层石墨烯[]所制备的石墨烯在外界环境下能稳定存在具有良好的
)。,
晶体质量和宏观尺寸此后机械剥离法被广泛应用于石墨烯片层的制备特别在石墨烯的一些光
。,,
20101211收稿20110209接受
;
本文-系-国家自然科学-基-金Nos.20635020,21005034江西省教育厅基金No.GJJ11121资助项目
(),()
*Email:[e-mail]
-万方数据
964分析化学第39卷

2122,23
学[]电学[]性能研究中一般均以机械剥离法作为主要的制备方法该方法操作简单无需太多繁
、,。,
琐的实验步骤但所制备的石墨烯薄片尺寸不易控制产率较低而且难以规模化制备单层石墨烯
,、,。
2.2氧化石墨还原法

该方法主要采用强酸如浓硫酸和发烟硝酸等将本体石墨进行氧化处理通过热力学膨胀或者强
(),
力超声进行剥离利用化学还原法或其它方法将氧化石墨烯Graphe