石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用

隋慧文，刘满仓，张 浩

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110179）

石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用

隋慧文，刘满仓，张 浩

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110179）

石墨烯作为新兴化学材料的一种，其发现推进了人类化学及其相关产业从硅时代迈入碳时代进程。已知的石墨烯，是一种只有一层的碳原子晶体，具有较大的开发潜力。在化学中，石墨烯具有的功能、如何制备及应用，是本文将要探讨的主要问题。

石墨烯；化学应用；碳材料

石墨烯在发现后，科学家逐步对其性能进行测试，逐步掌握了许多实际应用性能，根据其性能，人们可以制作出许多具有实际应用价值的产品，这极大地推动了人类社会的发展，本文通过探讨石墨烯的制备及性能，希望其可以在化学方面进一步应用，制造出更多新型产品，为人们生活提供便利。

1 石墨烯的发现

石墨烯的发现过程有一定的戏剧性，在偶然的试验过程中，物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现，将石墨用透明胶带粘贴后，撕下来的石墨层厚度，只有几十个原子，通过一次次的实践，最终其得到了石墨烯，一种超薄高导材料[1]。

2 制作方法

制作石墨烯的方法有很多，以下主要讲述几种方法。

2.1运用机械进行抽离

此方法是运用其他离子在定向时，在相关设备里对石墨进行高温加热，将其表面刻印出一定的面积，将其压在涂有类似感光剂等对光敏感液体的底座上，经过烧制后，用透明胶带粘贴掉多余的石墨后，将底座上的其他石墨片浸泡在化学液体中，运用超声波进行清洗，得到厚度较小的石墨片。此方法可以得到只有几层叠加石墨烯，但操作过程复杂，无法将石墨烯进行批量生产。

2.2氧化制出

此方法先将石墨通过化学物质使其表面物质与氧结合失去电子活性，得到含有羰基等有机原子团的石墨氧化物，得到氧化物的过程可以扩大石墨层之间的距离，之后通过其他具体剥离方式将其分离开后，可得到石墨烯氧化物，再对氧化物作进一步还原，从而制作出石墨烯。使用此方法可以批量生产只有一层的石墨烯片，可进一步应用在实际生产中。

2.3运用化合物合成

此种方法是运用具有一定量的具有完整结构的多层石墨烯，通过化合物将其与其他物质进行化学作用，从而合成出石墨烯纳米带。此种方法生产过程较简单，可在一定情况下使用其制出石墨烯。

2.4化学气体沉积

此种方法是先将石墨烯制成颗粒状，此颗粒是经过通过高温分解其他化学物质后产生热量后，将其放置在高温平面降温使石墨原子沉淀制出，而后用化学方法对颗粒状石墨烯进行腐蚀过程，去除粘在石墨烯表面上的其他物质得到石墨烯片。此方法可以制作出较大面积的石墨烯片，且质量很高，可以应用在实际生产中制作石墨烯[2]。

3 具备的性能

3.1水溶性

由于石墨烯是单层碳元素构造，其六角形的分子结构相比较于其他形势稳定，可以对石墨烯表面进行包裹。此方法可以在不破坏石墨烯结构的前提下对其进行应用，运用石墨烯与其他物质具有较强的键力这一原理，通过化学物质的作用，将石墨烯分散在水中无法形成晶体，使其可以有进一步的应用。

3.2与其他物质掺杂作用

将F4-TCNQ分子进行低温蒸发后，得到其与石墨烯掺杂后的物质，用对光辨识度高的设备进行操作，可以发现在石墨烯上的电子，从而转移到与其掺杂的其他分子上，证明了石墨烯可以通过与其他分子掺杂后，可以导电，这一实验得到了石墨烯的又一特性。通过进一步测试，研究发现，石墨烯在溶剂中分散后可以将其携带的电子转移到溶剂中，且由于石墨烯与其他物质作用后，甚至在水中也可以很好地分散到各个角落。

4 实际应用方式

4.1制作电极

由于石墨烯具有良好的导电性，并且可以对其进行氧化，目前已经在制作电极材料中得到应用。将石墨烯氧化物通过一定方法附着在金电极表面，可以形成由石墨烯包围的电极，实验表明，石墨烯可以将电子转移到其他物质中，应用后的石墨烯对氧分子和过氧化氢化合物有良好的催化作用，通过对石墨烯进行过电设置可以使这两种物质进行化学还原反映。通过这种特性，石墨烯可以为许多电极覆膜并制成新型传感器。

4.2绿色化学电容器

目前国家加大对绿色环保材料的开发，将各种装置的可持续化。电容器通常是指电池、电平等储蓄电的装置，这些装置在使用后，被当作垃圾随意丢弃，会释放出大量有毒化学物质，危害环境。由石墨烯构成的新型化学电容器具有环保特效，并且可以增加电容器输出的最大功率、受电快、充电迅速[3]。

4.3作为载体

石墨烯由于其构成的稳定性，可以与易于发生化学反应的物质结合，增加被结合物质的稳定性，如催化剂等。催化剂由于自身化学结构相对松散，在运输、传导过程中易与其他物质发生作用，与石墨烯掺杂后，可以增加其传输过程的安全度。

5 结束语

笔者希望，通过本文对石墨烯制作方法及其功能和用途的介绍，可以更好地将石墨烯的化学运用与实际生产生活相结合，使企业经营效益提升，促进化学制造业及其相关产业劳动效率提高，进而推动国家经济向前发展。

[1] 黄海平，朱俊杰.新型碳材料——石墨烯的制备及其在电化学中的应用[J].分析化学，2011，（7）：963-971.

[2] 李松，颜红侠，张梦萌，等.石墨烯的功能化及其在聚合物改性中的应用研究[J].材料开发与应用，2013，（6）：86-94.

[3] 魏志凯，张焕，郑明森，等.基于石墨烯的功能化复合材料及其在电化学储能中的应用[J].厦门大学学报（自然科学版），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，辽宁朝阳人，本科在读，主要研究方向为应用化学。