官能化氧化石墨烯粉体

当今世界面临着严峻的环境与能源挑战。传统能源如煤、石油的不断消耗以及环境的日益恶化严重影响了人类的日常生活以及社会的正常发展。因而开发更为高效与环境友好的能源设备越来越得到人们的强烈关注。为**的初代锂离子二次电池以其在能量密度与操作电压上明显优于传统铅酸与镍镉电池的优势，迅速应用于便携电子设备电池市场。其后，随着具有环境友好、成本低廉、循环性能稳定等诸多优势的以磷酸铁锂为**的正极材料的报道［6，7］，锂离子二次电池的应用也扩展到混合动力汽车与纯电动汽车领域。然而目前锂离子电池电极材料还存在着诸多问题，如较低的电子电导率与锂离子迁移效率、嵌脱锂过程中巨大的体积变化、电极材料与电解液的副反应造成的容量损失以及活性物质不可逆的结构变化制约材料的循环稳定性等。另外，由于目前常用的锂离子电池正极材料固有的理论容量限制，实际应用的锂离子电池的比能量密度很难突破250Wh/kg［8］，因而难以满足其在高比能量电池领域的长远发展。在这种背景下，锂硫电池作为一种新的电化学储能体系，以其超高的理论能量密度(2600Wh/kg)以及单质硫储量丰富、环境友好的特点，成为高比能二次电池的研究热点。氧化石墨烯可以应用于锂离子电池。官能化氧化石墨烯粉体

氧化石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料植被研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。化工氧化石墨烯费用氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物。

石墨烯薄膜具有优异的面内热导率和良好的柔钿性，因此经常在可穿戴设备、电子设备等领域被用作散热材料使用。刘忠范院士团队［７８］通过等离子增强化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ）在蓝宝石衬底上生长石墨烯纳米壁，得到的纳米壁具有独特的结构和出色的热导率。在输入电流为３５０ｍＡ的情况下，基于石墨烯纳米壁组装的ＬＥＤ在光输出功率方面提高了３７％左右，而温度却降低了３．８％，说明石墨烯纳米壁可用作ＬＥＤ应用中增强散热的良好材料。Ｋｉｍ［７９］等人使用球磨法将氟化石墨剥落为氟化石墨烯溶液，然后通过真空抽滤得到１０ｐｍ厚的超薄氟化石墨烯薄膜（ＥＧＦ），显示出２４２Ｗｍ－１Ｋ－１的优异面内热导率。Ｇｕｏ＿等人通过涂布法制备了一种厚度可控的可拉伸石墨烯薄膜。这种石墨烯薄膜具有良好的柔韧性和优异的导热性能，在施加３．２Ｖ电压时，薄膜可以在６ｓ内从室温快速升温至４５°Ｃ。而去除外加电压后，石墨烯薄膜可在５ｓ内迅速冷却至室温，实验结果显示其既具有快速的电加热响应，又具有高效的散热能力。

当今社会日益增长的能源与环境需求对储能电池技术的发展既是机遇也是严峻的挑战。纳米碳材料如碳纳米管与石墨烯因其优异的导电能力、良好的机械性能以及独特的形貌与结构特征在储能电池技术领域中的应用越来越普遍。本文通过综述近年来碳纳米管与石墨烯分别作为锂离子电池的复合电极材料、负极活性材料、导电添加剂以及新型锂硫电池用复合导电载体的***应用进展，重点讨论了这两类纳米碳材料的不同应用模式对储能电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时对目前研究中存在的问题进行了总结，并对未来发展方向，如开发低成本与环境友好的高质量材料合成技术、提升材料的分散能力以有效构筑复合电极结构以及开发新的应用模式等进行了展望。氧化石墨烯是制备导热膜的主要原料。

虽然石墨烯独特的二维片层结构可以为硫提供大量的附着位点，但多硫化物仍可从这种开放的二维结构的开口端扩散入电解液，石墨烯/硫复合结构所制备的电极仍不可避免的在循环过程中不断损失容量。以氧化石墨烯为硫负载体时，其特点是不但对硫具有物理吸附能力，还因其所含的大量官能基团与硫的化学键合展现出对硫的化学吸附能力，从而可提升复合结构的循环稳定性。氧化石墨烯类材料因其自身含有大量的表面官能基团可对硫形成额外的化学吸附能力，从而改善硫电极的循环性能，但由于氧化石墨烯本身导电能力较差，因此所制备的复合材料往往无法发挥出较高的倍率性能。因此，目前的一个研究方向是通过将石墨烯进行表面化学改性，在引入孔结构或者其他官能团来提升其对硫的物理或化学吸附的同时，不影响石墨烯本体的高导电能力，从而获得在高倍率下仍可稳定循环的锂硫电池。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。官能化氧化石墨烯使用方法

氧化石墨烯结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。官能化氧化石墨烯粉体

光－热能量转换是石墨烯相变复合材料目前应用*****的一个领域。杨鸣波教授团队［６３］通过化学气相沉积（ＣＶＤ）制备出了具有互连网络的石墨烯泡沫（ＧＦ），用于制备复合相变材料的三维骨架。研宄发现，这种相变复合材料的热导率比纯相变材料高７４４％，且具有很高的光－热转换效率，表明其在太阳能利用和存储中的巨大潜力。**近，他们团队［６４］通过冷冻铸造法制备了三维石墨烯网络，与聚乙二醇（ＰＥＧ）复合后得到具有出色的形状稳定性以及高储能密度的石墨烯相变复合材料。在１００ｍＷｃｎｒ２的模拟太阳光下照射２０分钟，相变复合材料的温度迅速升高，比较高可达到约７０°Ｃ，而纯ＰＥＧ的温度*为５５．４°Ｃ，无法完成相变过程。关闭模拟光源后，相变复合材料的温度急剧下降，当温度到达结晶点附近时，将出现另一个平台，**着热能的释放过程。实验结果表明，与纯ＰＥＧ相比，石墨烯相变复合材料在光－热能量转换方面表现出更优异的性能，有着更好的应用前景。官能化氧化石墨烯粉体