石墨烯应用前景分析

石墨烯微观结构很独特，具有优秀的导电性、导热性、稳定性和理论上达到2630m²/g的比表面积，所以石墨烯材料在电子、储能、催化、生物医药和复合材料领域被人们广泛地开发并且利用。

（1）导电材料 石墨烯表面的大π键能够使其上面的电子自由移动，而且石墨烯具有极强的稳定性，所以石墨烯及其复合物可以制备成很好的导电材料。Dikin等人从石墨烯本身性能的角度去考虑，通过物理方法改变石墨烯的表现形式。他们首先将石墨烯溶于水溶液，然后通过抽滤过滤掉水，制成非常薄的“石墨烯纸”，这种材料拥有很好的机械强度和导电能力。Eda等人对这种“石墨烯纸”非常感兴趣，他们通过改变抽滤的速度和添加一些表面活性剂，控制石墨烯的厚度，制得了一种导电能力非常好的石墨烯薄膜。Hong等人通过熔融法将各种不同形态的碳材料（石墨烯微片、炭黑、石墨烯微片母料）混合在一起，通过高温加热熔融，有效地提高复合材料的导电能力，为人们在导电材料的研究上提供了一个新的思路。

（2）储能 石墨烯材料在能源领域也被人们广泛地利用，主要有锂离子电池、燃料电池和超级电容器等。

锂离子电池本身具有储能大、充电时间短、可重复利用等性能特点，是当前应用最广泛的储能器件之一。正因为锂离子电池拥有这些优异的性质，人们想把石墨烯的导电性用到锂离子电池领域，其中主要是将石墨烯掺进锂离子电池的电极材料中。Deng等人通过加入石墨烯材料制得石墨烯基锂离子电池负极材料，借助石墨烯有益的导电性，大大增强了锂离子电池的充放电能力。Jia等人通过研究，使用一种有效的方法将石墨烯包覆在Li₄Ti₅O₁₂电极上，从而大大地提高了其导电性，并且将之应用于便携式设备上。

超级电容器是一种介于常规物理电容器与二次电池之间的储能器件，具有比功率高、循环寿命长、环境污染小和快速充放电等优点，其主要缺点是能量密度低。研究人员通过试验，把石墨烯作为超级电容器的电极，制备了比容量大概为100mA·h/g的超级电容器。目前主要通过金属氧化物负载或者导电聚合物负载等方法，制备新型的石墨烯电容器。Chang等人通过一种溶液混合法制备了石墨烯/Ru纳米复合材料，所制得的材料非常明显地提高了超级电容器的比电容。Maher领导的研究小组在超级电容器的研发上取得了重大的进展，他们利用简单方法就可以制备出性能非常优越的超级电容器。他们首先制备两张高质量的氧化石墨烯薄膜，然后直接将其放入家用的DVD驱动器中，经驱动器的激光照射后，氧化石墨烯就被还原了。经过这一步简单的反应之后，使用电解液对石墨烯超级电容器进行充电，只需要几分钟的时间就可以轻松地充满，而且储电量比现行的各种电容器都要好。这种方法为超级电容器开启了一个新的领域。

石墨烯同样也被人们应用于燃料电池中，主要是作为催化剂或催化剂载体。Nedjeljko等人制备了一种石墨烯铂催化剂，这种催化剂比铂催化剂有更好的性能，提高了负载量、电催化性和稳定性，使铂催化剂在燃料电池领域的应用更进了一步。(www.xing528.com)

（3）传感器 石墨烯及石墨烯衍生物可以制作多种传感器，用于检测pH值、气体成分、化学品、生物材料和电化学变化。Li等人利用阴 离 子 型 聚 合 物——聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮（PVP）保护的带负电荷的还原态石墨烯（GN）与带正电荷的金纳米棒（AuNR）之间的静电吸附，通过层层自组装的方法研制出一种新型过氧化氢传感器。这种传感器制备简单，具有响应快、稳定性好、灵敏度高等特点，显示了非常好的电催化活性。Tang等人利用化学气相沉积法在铂电极上原位生长石墨烯，制备了石墨烯修饰的铂电极，用这种电极传感器可以很准确地测定水中微量重金属（如镉和铅）的含量。

（4）催化剂载体 石墨烯表面由于具有巨大的比表面积，因此可以负载各种反应所需要的催化剂，具有很高的研发前景。Wen等人采用一步反应制得石墨烯负载钯催化剂，这种材料相比于Pd/石墨烯催化剂，使碱性介质中乙醇电催化氧化的催化活性有了很大的提高。

（5）生物医药和环境吸附 氧化石墨烯的衍生物很多都可以应用于现代生物医学。现在氧化石墨烯主要是用石墨通过氧化法得到的，因为制备的条件有所不同，所以获得的氧化石墨烯的尺寸也不一样，范围从十几纳米到几微米之间。氧化石墨烯拥有大量的含氧活性基团，石墨烯表面中心主要分布有环氧基和羟基，而边缘则分布有羧基和羰基基团。氧化石墨烯与石墨烯相比有很好的水溶性、稳定性和生物活性，这些特点有利于化学功能化修饰。可以利用这些活性基团的不同反应，针对性地合成某些特定靶向的药物负载系统，其中比较普遍的合成方法是酰化反应和酯化反应。

Dai等人首次将聚乙二醇（PEG）修饰的氧化石墨烯作为难容性含芳香烃结构的抗癌药载体。他们首先使用氧化法制备氧化石墨烯，然后利用共价键修饰法将聚乙二醇键和在氧化石墨烯的活性基团上，最后再用这种材料去吸附芳香族药物SN38。这个生物活性材料进入人体后，在体内释放出抗癌药物，对身体内的癌细胞进行定向消灭，具有高效性和针对性等优点。

Wu等人制备了十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）改性石墨烯，并且对材料进行了表征，已经对水体中的污染物进行了吸附。他们通过试验发现，在石墨烯制备过程中加入CTAB可以很有效地提高石墨烯的比表面积，极大地提高对环境污染物的吸附能力。