石墨烯宏觀體及其潛在應(yīng)用

1、石墨烯宏觀體及其潛在應(yīng)用摘要：右墨烯是一種新型的二維平面納米材料，具有很多特姝的力電光熱特性，如出色的力 學(xué)性能，高熱導(dǎo)率，高電子遷移率，大的理論比表面積等，而基于石墨烯的結(jié)構(gòu)組裝形成三 維宏觀體是石墨烯走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要步驟。本文簡要介紹了石墨烯及石墨烯宏觀體，著重 闡述了石墨烯宏觀體在超級電容器、鋰離子電池、催化、生物醫(yī)學(xué)等方而的潛在應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：石墨烯；宏觀體；超級電容器；鋰離子電池；催化 中圖分類號：tq 127.1graphene macroassembly with three-dimensionalarchitecture and their applicationszhang

2、 lifang, lv wei, yang quan-hong(school of chemical engineering and technology, tianjin university, tianjin, 300072) abstract: graphene, a two-dimensional carbon crystal sheet, has attracted enormous interest owing to its high thermal conductivity, unique structure characters, excellent mechanical pr

3、operties, high electronic conductivity and large specific surface area 11 is believed that developing macroscopic three-dimensional architecture of graphene will open up a new promising way for the application of graphene based materials. in this paper, the potential applications of graphene macrosc

4、opic structures, including supercapacitor, lithium ion battery, catalysis and biological medicine, have been discussed in detail.key words: graphene; macrostructure; supercapacitor; li-ion battery; catalysis0引言碳是一種非金屬元素，位于元素周期表的第二周期iv a族。山碳元素紐成的碳質(zhì)材料 具有多樣性、特升性、廣泛性等特點。近20年來，碳質(zhì)納米材料一貢處于科技研究的前沿 領(lǐng)域。2004年，

5、geim等人首次利用膠帶剝離高左向熱解石墨的方法獲得了單層和薄層石 墨烯，更是激起科學(xué)界對燄質(zhì)納米材料的乂一輪研究熱潮。石墨烯是目前已知的最薄的二維 材料。完美的石墨烯具有理想二維品體結(jié)構(gòu)，具有特殊的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)特性，包 括出色的力學(xué)性能(1060gpa) rj,高熱導(dǎo)率3000 wm-i k-i3,室溫下高速的電子遷移率 20000 cm2 v-is-i4,高的理論比表面積2600 m2糾等。右墨烯特姝的結(jié)構(gòu)，使其具有完美 的量子隧道效應(yīng)、半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)等一系列性質(zhì)，引起了科學(xué)界巨人興趣，全世界 止掀起一股石墨烯研究的熱潮。石墨烯也町以視作一種二維大分子，其邊緣存在大量懸鍵，

6、 基于非共價鍵或共價鍵的相直作用，右墨烯片層相互作用、注加，可以聚集形成一個穩(wěn)定的、 具有一定規(guī)則形狀的石墨烯宏觀體，從而將一些石墨烯納米級現(xiàn)象展現(xiàn)到一個広觀層而，促 進石墨烯邁向?qū)嶋H應(yīng)用。近兒年來，石墨烯宏觀體正引起了越來越廣泛的關(guān)注。1石墨烯單層石墨烯是單原子層緊密堆積的二維品體結(jié)構(gòu)，其屮碳原子以六元環(huán)形式周期性排列 于二維平面內(nèi)。每個碳原子通過o鍵與其他三個碳原子相連，這些很強的c-c鍵使得石墨 烯片層具有很強的結(jié)構(gòu)剛性。據(jù)美國哥倫比亞人學(xué)物理研究紐報道，石墨烯是現(xiàn)在世界上己 知的最為牢固的材料。此外，碳原子有四個價電子，這樣每個碳原子都貢獻一個未成鍵的tt 電子，這些tt電子可在品體中

7、口由移動，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。右墨烯可以看成是構(gòu)成sp2雜化炭材料的基本單元。右墨烯六角網(wǎng)面z間通過7t電子相 互作用，形成三維體相石墨，故石墨具有層狀結(jié)構(gòu)。100層以上的石墨烯片層，具有三維的 特性，換言z,石墨可以看成是層數(shù)較多的（100層以上）石墨烯。如果有五角元胞和七角 元胞存在，他們會構(gòu)成石墨烯的缺陷。少量的五角元胞細胞會使石墨烯翹曲，12個五角元 胞會形成富勒烯（fullerene）,碳納米管也被認為是卷成圓筒的右墨烯。右墨烯的出現(xiàn)不僅 為其他新型炭材料的合成提供了可能，并ii由于石墨烯的廉價易得，在經(jīng)濟上更具有優(yōu)勢， 更有利于相關(guān)產(chǎn)品的工業(yè)化，因此吸引了大批科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界人&

8、#177;4jo目前，右墨烯的制備方法主要劃分為三類：第一類為化學(xué)剝離法，通過制備氧化右墨 作為前加體，使用化學(xué)還原，溶劑熱還原，熱膨脹還原等手段得到石墨烯。第二類為合成法， 包括有機前加體合成和溶劑熱合成兩種方法。第三類為催化牛長法，包括碳化硅外延牛長， 氣相沉積等方法。其屮，筆者認為，最有可能實現(xiàn)石墨烯規(guī)?；苽?，實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的是 氧化石墨的熱膨脹法和還原法。lv等8采用低溫負壓法實現(xiàn)了右墨烯的宏量低成木制備， 從而為石墨烯在上述領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化提供了一種新途徑。山于右墨烯具有很多特殊的性質(zhì)，其被認為在單分子探測器、集成電路、場效應(yīng)晶體管 等量子器件、功能性復(fù)合材料、儲能材料、催化劑載體等方

9、面有廣泛的應(yīng)用前景9。而小片 層的石墨烯在實際屮難以操控,因此基于石墨烯的結(jié)構(gòu)組裝形成宏觀體是石墨烯走向?qū)嶋H應(yīng) 用的重要步驟。2石墨烯宏觀體石墨烯広觀體即石墨烯通過片層的疊加或搭接形成的一種具有一定形態(tài)的宏觀結(jié)構(gòu)，一 般它可分為二維広觀體和三維広觀體兩類。二維宏觀體，主要是指石墨烯構(gòu)筑的有序結(jié)構(gòu)薄膜。一般認為，10層以上的石墨烯都 應(yīng)視為石墨薄膜|】（）。它可通過化學(xué)氣象沉積、lb膜法、噴涂沉積法、氣液相界面自組裝法、 過濾沉積法、旋轉(zhuǎn)涂覆法等多種方法制備。其中過濾沉積法是最常用的方法。在用氧化右墨 烯/石墨烯分散液過濾之前，通常需將體系稀釋至低濃度（0mg/l0.5mg/l）。然后快速 真空

10、抽濾，將氧化右墨烯/右墨烯片沉積到濾膜（微孔混纖膜/氧化鋁膜）上，再轉(zhuǎn)移到不同 基底上如玻璃、pet等。混纖膜可以用丙酮溶解，氧化鋁膜可以用naoh溶解。過濾過程 中，氧化石墨烯/石墨烯片受水流的控制，自動流向濾膜的空白處，首先會將整個濾膜均勻 覆蓋，再沉積笫二層。這種方法等到的石墨烯膜均勻性較差。此外，通過氧化石墨烯在氣液 界面上的自組裝制備具有一定韌性的氧化石墨烯薄膜是一種值得注意的方法。這種方法 用時少，耗能低，操作工藝簡單，薄膜厚度和大小易于調(diào)控，容易實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，是一種 很有前景的材料制備方法。二維石墨烯薄膜主要應(yīng)用丁可控透氣性膜、電容器、分子探測及 微電子等諸多領(lǐng)域。三維宏觀體，

11、指的是石墨烯經(jīng)過組織構(gòu)建形成一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的材料（圖1）。 口組裝是構(gòu)建三維宏觀體的-種重耍方法?？诮M裝法12是建立在靜電相互作用原理基礎(chǔ)上 制備右墨烯宏觀體的一種新型方法。右墨烯的前軀體氧化右墨烯表面帶有負電，在水中(或堿水中)可以良好的分散，利用這一特性配合重力、蒸發(fā)或流體力學(xué)等作用，可實現(xiàn)氧 化石墨烯的有序排列，進一步通過還原便可形成石墨烯宏觀體。使用較多的自組裝方法主耍 有真空蒸發(fā)法、水熱法、交聯(lián)法、溶膠凝膠法及cvd法等。目前，石衆(zhòng)烯三維宏觀體的研 究還處于起步階段，但已表現(xiàn)出很強的發(fā)展勢頭和良好的發(fā)展前景。一些代表性的工作包括 xu等采用水熱法制備的右墨烯水凝膠、tang等用

12、貴金屬和氧化石墨烯組裝成的三維宏觀 體14、marcus等采用溶膠-凝膠法制備的高導(dǎo)電性的石墨烯氣凝膠|15|。右墨烯在組裝成宏觀體后可以更好地發(fā)揮右墨烯的性質(zhì)，如出色的力學(xué)性能、高熱導(dǎo)率、 室溫下高速的電子遷移率等，并且組裝后所形成的一定形態(tài)的広觀結(jié)構(gòu)乂表現(xiàn)出良好的吸附 性能，因此石墨烯宏觀體在超級電容器、電池、催化、生物頁學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛 力。ft cenlimmen 3<55 t1910hiiili川岫誕川唄即卽血liiiiliiiilniillili；觀泌世也nil卅ib)<圖1石墨烯三維宏觀體樣品的照片：(a)teifij'圖及(b)俯視圖fig.l p

13、hotographs of the three-dimensional graphene: (a) the front view and (b) bottom view of the sample3石墨烯広觀體潛在的應(yīng)用3.1超級電容器碳質(zhì)材料是日前研究和應(yīng)用很廣泛的超級電容器電極材料。用于超級電容器的碳質(zhì)材料 目前主要集中在活性炭(ac)、活性碳纖維(acf)、炭氣凝膠、碳納米管和模板炭等。 而自從石墨烯被成功制備以來，人們開始探索這種碳質(zhì)材料在超級電容器屮的應(yīng)用卩6|。由于石墨烯具有極高的理論比表面積，結(jié)構(gòu)上屬于獨立存在的單層石墨晶體材料，故石 墨烯片層的兩邊均可以負載電荷形成雙電層。且石

14、墨烯片層所特有的褶皺以及疊加效果，可 以形成納米孔道和納米空穴，有利于電解液的擴散，因此右墨烯基材料在超級電容器應(yīng)用方 面具有很大的潛質(zhì)。xu等13采用一步水熱法口組裝制備了石墨烯凝膠(self-assembled graphene hydrogel簡 稱：sgh) o由于sgh為多孔結(jié)構(gòu)，并且具有良好的導(dǎo)電性，其用做超級電容器的電極時， 不用添加粘合劑或?qū)щ妱?圖2) o sgh超級電容器的循環(huán)伏安曲線為近似矩形，說明在 sgh電極中，電荷叮以很好的傳導(dǎo)并形成雙電層。在電位扌i描速率為10 mv/s和20 mv/s 時，sgh超級電容器的比電容分別為175和152 f/g,在相同條件下比go

15、凝聚超級電容器 的比電容(100f/g掃描速度為20mv/s)大約高5()%。sgh超級電容器的高電容進-步 通過在la/g電流密度下的恒電流充放電實驗得到證實。這種情況下，sgh電極的比電容 約為160±5f/g，與cv結(jié)果一致。從而可以看出，右墨烯宏觀體具有作為超級電容器電極 材料的潛力。plastic sheetcurrent collectorelectrode (sgh)separatorelectrode (sgh)current collectorplastic sheet圖2 sgh基超級電容器示意圖，31fig.2 schematic of sghbascd sup

16、ercapacitor devicefan等岡釆用化學(xué)氣相沉積法（cvd）,使碳納米管（cnt）在右墨烯片層中生長，從 而形成了一種三維的具有三明治結(jié)構(gòu)的cnt/石墨烯復(fù)合材料（cgs） o這種獨特的結(jié)構(gòu)擁 有極好的電化學(xué)性能，。這種cgs超級電容器在6m的koh溶液中，比電容為385 f/g （掃 描速度為10mv/s）,并且具有極高的電化學(xué)穩(wěn)定性。從上述研究可以看出，石墨烯宏觀體擁有很大的比電容，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性， 具有作為超級電容器電極材料的潛力。3.2鋰離子電池目前對鋰離子電池負極材料的研究，主耍集中在碳質(zhì)材料、合金材料和復(fù)合材料。其中， 碳質(zhì)材料是最早為人們所研究并應(yīng)用于鋰離

17、子電池商品化的材料，至今仍是人們關(guān)注和研究 的重點之一。石墨烯，作為一種二維碳原子單原子層納米材料，是石墨的基本組成單元。研 究表明其具有特殊的電子性質(zhì)，如室溫量子霍爾效應(yīng)，無損輸運，并具有高模量，髙強度等 力學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)使得石墨烯成為理想的鋰離子電池的負極材料。冋顧炭負材料的研究歷 史，早期關(guān)于硬炭負極材料的研究就己經(jīng)發(fā)現(xiàn)石墨烯片層可以提高鋰電池的儲存能量和循環(huán) 效能6,。yang等20運用了一種自下而上的方法制備了二維的石墨烯基納米材料。以右墨烯基介 孔碳（gm-c）為例，gm-c中石墨烯片層看以看做一個迷你的集電器，可以在充放電過程 中，產(chǎn)生快速電子轉(zhuǎn)移（圖3）。這種右墨烯基納米材料

18、具有良好的循環(huán)性能，在循環(huán)30 次后，電容依然保持開始時的84%。此外，其具有良好的倍率性能，在充放電率為1c及5c 的情況下，可逆電容分別高達540 mah/g及370mah/g,這個結(jié)果甚至比具有孔結(jié)構(gòu)的碳材 料要好21,2210因此，其可以作為鋰離子電池負極材料。atgm c shoot tfoctrodagtx c gncc< acdroda圖3 gm-c片層上鋰離子嵌入與脫嵌示迸圖l20jfig.3 lithium insertion and extraction in gmc sheetsguo等門3|以橄欖油作為乳液介質(zhì)，以氨水作為分散相，利用油包水（w/o）乳液技術(shù)， 制

19、備了中空的氧化石墨球（hollow grapheme oxide spheres,簡稱:hgoss ）。hgoss表現(xiàn)出 良好的倍率性能和循環(huán)性能，熱處理后的hgoss的可逆比電容達到485 mah© 薄的多孔 石墨烯外殼，使li離子的恢入和脫恢過程變的順利，并且減少了鋰離子的擴散距離。因此 hgoss是一種理想的鋰離子電池負極材料。chen等24利用線性聚合物（如pva）作為石靄烯納米片層間的連結(jié)劑制備了一種高性 能的石機烯基鋰離子電池負極材料，這種材料具有擴張的li+傳輸孔道。而線性聚合物連結(jié) 劑的應(yīng)用，阻止了石墨烯片層的聚集，促進了擴張孔道的形成。其表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能， 在電

20、流密度為500 ma 時，100個循環(huán)后，容量為480 mah刼。在電流密度為2ag-i時, 300個循環(huán)后，容量為320 mah g-u lv等利用一步自組裝的方法制備了一種核殼結(jié)構(gòu)石 墨烯材料，這項工作為制備髙性能的鋰離子電池負極材料提供了新思路，也證實了石墨烯應(yīng) 用丁鋰離子電池方面的巨大潛力。3.3催化方面應(yīng)用催化劑的負載是將催化劑吸附在催化劑載體的表面，載體主要用于承載催化劑，使催化 劑具有特處的物理性狀。石墨烯宏觀體的優(yōu)勢在于擁有相當(dāng)大的比表ini積，活性組分很好的 分散在其表而，可提高活性組分的催化效率，從而使其成為催化劑載體的理想材料。此外， 其獨特的電子特性，能加強催化劑的活性

21、。tang等m利用自組裝的方法制備了 pd改性的三維氧化石墨烯宏觀體，并以heck反應(yīng) 為例檢測修飾后的宏觀體的催化性能（圖4）。在反應(yīng)中，以k2co3作為反應(yīng)基底，pd改 性的三維結(jié)構(gòu)作為催化劑，催化俶苯與丙烯酸酯進行反應(yīng)，反應(yīng)中表現(xiàn)出100%的選擇性和 轉(zhuǎn)化率，這個結(jié)果要比pd催化劑負載在其他載體上高得多26。從而可以說明自組裝后的宏 觀體具有優(yōu)界的催化活性和選擇性。加z,這種三維結(jié)構(gòu)具有良好的力學(xué)性質(zhì)，預(yù)示其在固 定床或流動床反應(yīng)器屮有很大的應(yīng)用潛力。fixed-bodhyli hijivity圖4固定床上hcck反應(yīng)示意圖l，4jfig.4 schematic of a heck re

22、action in a fixed-bed reactorbielawski等報道了利用氧化石墨烯催化各種合成反應(yīng)的潛力。利用化學(xué)修飾過的石 墨烯獨特的化學(xué)性質(zhì)，作者證實了氧化石墨烯作為井均相催化劑，可以有效的將苯甲醇氧化 為苯甲醛。這項研究對丁人面積功能化的碳材料作為催化劑是開創(chuàng)性的工作。他們的研究也 同樣證實了氧化石墨烯的催化范圍不僅僅是醇類氧化反應(yīng)。dai等pq人采用兩步法制備了石墨烯/co3o4復(fù)合材料，這種材料在堿性溶液當(dāng)中展現(xiàn)了 對氧還原反應(yīng)優(yōu)異的催化性能，且比商業(yè)pt/c催化劑具有更好的穩(wěn)定性。尤其是0）304與 氮摻雜的石墨烯復(fù)合后材料co3o4/n-rmgo,在旋轉(zhuǎn)圓盤電化學(xué)

23、測試中展現(xiàn)出幾乎完美的4 電子過程，且具有更好的穩(wěn)足性，其在0.1-6 mk0h溶液當(dāng)中，分別在10000-25000個循環(huán) z后，對氧還原反應(yīng)的催化性能幾乎沒有變化，而商業(yè)pt/c催化劑則表現(xiàn)出20%48%不同 程度的衰減。這是一種非貴金屬催化劑，它為人們尋找新型燃料電池催化劑提供的新的方法。sun等29利用自組裝的方法制備了右墨烯/fept納米顆粒復(fù)合材料。得到的復(fù)合材料中， fept納米顆粒的尺寸大約為7nm,且均勻地分布在石墨烯片層上。這種材料對氧還原反應(yīng) 表現(xiàn)出優(yōu)異且穩(wěn)泄的催化性能，尤其是經(jīng)過在氟氣和氫氣(5%)氣氛100°c熱處理z后性 能更佳。其在0m hc1o4溶液當(dāng)

24、中，在0.512 v和0.557 v電壓下，表現(xiàn)出的比氧還原活 性分別為1.6macm-2和().616 ma cm-2,而在和i司的電壓下，商業(yè)鉗/炭黑電極表現(xiàn)出的比氧 還原活性分別為0.271 ma cm-2和0.07macm-2。石眾烯/fcpt納米顆粒復(fù)合材料也表現(xiàn)出穩(wěn) 定的催化性能，在1()()()()次電勢打描后活性幾乎沒有變化。這項工作不僅證實了石墨烯做為 催化劑載體在催化領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，而口提供了 一種石墨烯/納米顆粒復(fù)合材料的口組裝制 備方法。3.4生物醫(yī)藥石墨烯宏觀體比表面積很人，化學(xué)純度高，易功能化，使其沖常適合用作藥物載體。 qi等30設(shè)計合成了一種兩親性的石墨烯基復(fù)合

25、材料。其中，以聚乙二醇氧化聚乙烯 (peg-ope)作為穩(wěn)定劑，利用強的k-7t相互作用，peg-ope負載在還原氧化石墨(rgo) 基面上，從而在rgo表面形成一個兩性的外衣。實驗屮，peg-ope-rgo能溶于甲苯、氯仿、 丙酮、乙醇、水等多種溶劑，形成均一穩(wěn)定的溶液?？梢酝茢?，這種新型的右墨烯基復(fù)合材 料具有良好的生物適應(yīng)性，以及在血漿等生理環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定分散，因而可以開發(fā)其在 人體中作為藥物的運輸媒介。xu等釆用口組裝方法制備了一種go/pva復(fù)合物水凝膠。在這種水凝膠屮，go片 層形成一個網(wǎng)絡(luò)，而pva則作為一種物理交聯(lián)劑。這種go復(fù)合水凝膠具有生物相容性， 及ph敏感性，它在酸

26、性介質(zhì)屮可凝膠，在堿性環(huán)境下，經(jīng)歷凝膠溶膠的轉(zhuǎn)變。因此可用于 ph控制的選擇性藥物的釋放。以維他命b12 (vb12)作為示例藥物來證實go/pva復(fù)合水 凝膠可用于藥物釋放。試驗屮，在磷酸緩沖液屮(ph=7.4) , 84%的vb12被釋放到屮性磷 酸緩沖液中，而在酸性溶液中(ph=1.7)中，只有51%的vb12被釋放。這是由于在酸性 環(huán)境下，go片層趨于更緊密的聚集，進一步限制了負載分子的釋放。眾所周知，一些藥物 在酸性介質(zhì)屮會腐爛，或者引起冒的不適，因此這種go/pva復(fù)合水凝膠可應(yīng)用于在腸中 (ph=6.8-7.4)運輸藥物，而不會使得藥物在胃液中(ph=l-2)中大量釋放。liu等

27、32將單鏈dna通過心兀的相互作用，負載丁 go片層表面，三維自組裝形成了 一種go/dna復(fù)合口主裝水凝膠(go/dnash) °這種凝膠具有很好的生物相容性和環(huán)境 適應(yīng)性，因此可以應(yīng)用于組織工程、藥物運輸、除去有機污染物等。上述研究表明，功能化的石墨烯基材料往往具有很好的牛物相容性和環(huán)境適應(yīng)性，能夠 在血漿等環(huán)境下穩(wěn)定分散，并某些材料擁有ph敏感性，因此，功能化的石墨烯基材料在 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如組織工程，藥物運輸，藥物釋放等方面擁有很好的應(yīng)用前景。3.5固相萃取劑固相萃取(solid phase extraction, spe)是一種試樣預(yù)處理技術(shù)，由液體萃取和柱液相色 譜技術(shù)結(jié)

28、合發(fā)展而來，是-種分離和凈化冃標分析物的強大工具?？紤]到石墨烯優(yōu)異的性能 及很高的化學(xué)穩(wěn)處性，因此，其有可能成為-種很好的固相萃取劑。眾所周知，石墨烯是非 極性和疏水性的。而氧化石墨烯恰恰相反，它包禽有多種極性官能團，例如：拜皋、竣基、 環(huán)氧基，因此它是極性的以及親水性的。石墨烯和氧化石墨烯的這種內(nèi)在性質(zhì)分別促使它們 成為反向(rp)和正向(np)的固相萃取劑。但是直接應(yīng)用右墨烯或氧化石墨烯作為固相 萃取劑有一些問題。首先從均相溶液屮分離時，町能會發(fā)牛石墨烯或氧化石墨烯片層之間發(fā) 生不可逆聚集，這種聚集可能減少吸附劑的吸附能力，阻礙有效吸附和分析物的洗脫。其二， 右墨烯和氧化右墨烯在厚度、形狀

29、、橫向尺寸上多種多樣。因此，微小的右墨烯和氧化右墨 烯可能逃脫spe,尤其在高樂下。對于氧化右墨烯，它在很多溶劑當(dāng)屮的溶解度，可能加劇 吸附劑的流失。此外，即使是高速離心，也很難完全從分散很好的溶液中收集小尺寸的石墨 烯和氧化石墨烯。jiang等33為避免上述提到的問題和仍保持優(yōu)勢性質(zhì)，通過將右墨烯和氧化右墨烯共價 連接到二氧化硅上，開發(fā)了一種新型spe吸附劑。他們證實在二氧化硅上連接石墨烯和氧 化石墨烯為spe面向多種分析物從污染物小分子到牛物小分子如多肽和蛋白質(zhì)等提供了一 個多功能高性能的平臺。而石機烯和氧化石機烯的不同極性又使它們成為多功能的rp-和 np-spe吸附劑，并取得了和商業(yè)應(yīng)

30、用的吸附劑相當(dāng)?shù)幕蚋叩男阅堋ｏ@著的，石墨烯連接 的二氧化硅能夠提取分子量大的蛋白質(zhì)和磷酸多肽，這點使它特別適合用于maldi-tof 質(zhì)譜分析處理生物樣品。他們的結(jié)果證實了石墨烯基材料在吸附上的應(yīng)用潛力。3.5化學(xué)傳感器識別檢測化學(xué)物質(zhì)，再變換成電信號的傳感器稱z為化學(xué)傳感器。雖然，化學(xué)傳感器的 歷史并不長，卻引起了化學(xué)工作者、科學(xué)技術(shù)工作者們的極大興趣。日前，對于化學(xué)傳感器 的研究，主耍集中在開發(fā)傳感器的材料方面。而石墨烯基材料因具電學(xué)性質(zhì)対環(huán)境高度靈敏， 正引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。如右墨烯基場效應(yīng)晶體管已經(jīng)被開發(fā)應(yīng)用于ph和蛋白質(zhì)傳感 器列，氣相沉積法生氏的石墨烯片層根據(jù)單堿基不匹配靈敏

31、度檢測dnai35j, lieber等報道 了在石墨烯一活細胞界面檢測生物電信號36。山此可見，石墨烯在傳感器方面具有很人的 應(yīng)用潛力。yang等3刀證實了水溶性氧化石墨烯作為平臺可應(yīng)用于選擇性檢測dna和蛋白質(zhì)。圖5 所示為這種新的檢測平臺的示意圖。他們認為，氧化石墨烯可以結(jié)合染料標記的單鏈dna 和完全淬火的熒光染料（圖5所示步a）。在目標物存在的情況下，染料標記的dna與目 標分子之間的結(jié)合，將改變?nèi)玖蠘擞浀膁na的構(gòu)彖，擾亂染料標記的dna與氧化石墨烯 z間的相互作用。這種相互作用，將促使染料標記的dna從氧化右墨烯上釋放出來，造成 染料的熒光恢復(fù)（圖5所示步b） o這種設(shè)計將使熒光檢

32、測靈敏度增強和對pi標分子的選擇 性提高。圖5檢測平臺示意圍岡fig.5 schematic representation of the target-induced fluorescence change of the ssdna-fam-go complex.geoffrey等ai將修飾的氧化石墨烯作為-種新型的模板，在其兩邊自組裝牛長周期性二 氧化硅片層，形成了一種三明治結(jié)構(gòu)材料。在這種材料內(nèi)部，通道垂宜排列在還原氧化石墨 烯片層表面，其電導(dǎo)對分析物的蒸汽壓力反應(yīng)敏感，在傳感方面具有很大的應(yīng)用潛力。4結(jié)論總休來看，從2004年被成功制備至今，無論在理論還是實驗研究方面，石墨烯都展示 出重

33、人的科學(xué)意義和應(yīng)用價值?；谑┑慕Y(jié)構(gòu)組裝形成的公觀體是石墨烯走向?qū)嶋H應(yīng)用 的重要步驟。近年來，無論是基于石墨烯的二維薄膜組裝，還是石墨烯三維組裝己經(jīng)成為當(dāng) 前的熱門和前沿課題。這些材料在超級電容器、電池、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的 應(yīng)用潛力，但是石墨烯基宏觀體研究述處于初級階段，要實現(xiàn)實際應(yīng)用，述有很多問題需要 進一步的研究和解決，如現(xiàn)有方法制備的石墨烯宏觀體的性能還很難滿足實際應(yīng)用，性能更 好的石墨烯基組裝體有待進一步開發(fā)?？傊┖暧^體材料具有優(yōu)異的性能，也表現(xiàn)出 良好的應(yīng)用前景。隨著人們對石墨烯宏觀體材料更加深入的研究，必將產(chǎn)?；谑┬阅?優(yōu)越的新型材料，從而實現(xiàn)石墨烯

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