石墨烯的制備及其應用研究綜述報告目錄TOC\o"1-3"\h\u5666摘要 129286引言 25867第一章石墨烯的結構與性能 221284第二章石墨烯的制備 3160152.1物理方法 39542.1.1機械剝離法 399542.1.2石墨烯熱解 427232.2化學方法 5184662.2.1氧化還原法 592262.2.2化學氣相沉積（CVD） 5100072.2.3SiC外延生長法 676382.3其他方法 611607第三章石墨烯的應用 723773.1光電器件領域的應用 7258563.1.1石墨烯顯示器 757383.1.2柔性石墨烯晶體管 7150863.2生物醫學領域的應用 7204253.2.1石墨烯傳感器 7173983.2.2石墨烯抗癌材料 8249303.3儲能領域的應用 893963.3.1石墨烯超級電容 8111823.3.2石墨烯鋰硫電池 9309433.4水處理領域中應用 9112973.4.1海水淡化 9159483.4.2去除有機污染物 10201313.4.3去除重金屬離子 10105063.5石墨烯功能性涂料 1060853.5.1石墨烯抗靜電涂料 10125913.5.2石墨烯油墨 11219633.6催化領域的應用 1128762第四章結束語 1214007參考文獻 13摘要石墨烯作為一種革命性的材料，是一種二維六方形式的元素碳，其前景引發了對其光學、電子、熱和力學性能的一系列研究。由于石墨烯良好的物理化學性能，現在已經逐漸應用于儲能領域、電子器件領域、生物醫學領域、水處理領域、催化領域等先進的功能材料領域。但是獲取品質良好的石墨烯是石墨烯應用的前提。結合近幾年國內外石墨烯的制備方法的研究現狀，綜述了機械剝離法、氧化還原法、氣相沉積法等其他制備石墨烯的方法。探究石墨烯在各個領域的最新應用，并對其未來的發展進行了展望。關鍵詞：石墨烯；制備；應用研究引言隨著新時代的發展，我們研究出許多新型材料。在這些材料中，2004年由物理學家Geim等人發現并分離的石墨烯，在人類文明中起著至關重要的作用。自2004年以來，石墨烯被認為是科技領域最偉大的成就之一。石墨烯因為許多不同尋常的性質，引起了科學界的廣泛關注。石墨烯是一種非常薄的膜，由于其良好的物理性能和化學性能，在半導體，傳感器，電子芯片，生物醫療，國防軍工、新一代顯示器等領域帶來了革命性的技術變革。5G時代的到來，加快石墨烯電池行業的發展，目前石墨烯主要用作鋰電池負極做添加劑，提升電極材料的性能，可以有效降低內阻，讓充電速度更快，實現快充，也可以延長電池的壽命。在芯片領域，中科院在做出了重大突破，在2020年石墨烯大會上展示了8英寸石墨烯單晶晶圓這一最新成果，它的性能以及尺寸都處于世界領先水平。在醫學領域，石墨烯的衍生化合物被認為可以應用在癌癥的治療上，用作腫瘤靶向發光示蹤，也能有效抑制部分癌細胞。石墨烯屬于輕質高強材料，在航空航天領域可用來作為隱形飛機的材料。石墨烯還可以用來做發熱、散熱材料等，這些應用都會為人們的生活帶來較大改變。因為石墨烯的用途廣泛，各國都在不遺余力的推動石墨烯產業化的發展，我國也已經把石墨烯行業作為戰略行業。然而，工業規模的石墨烯生產對于這些巨大的應用來說，很大程度上取決于石墨烯生產的容易程度，這在過去是一個瓶頸，幸運的是，最近有所改善。第一章石墨烯的結構與性能石墨烯是一種由碳原子sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，具有二維原子尺度，是六角形的碳同素異形體，而且它每個頂點都有一個原子，其厚度非常的薄，在一個納米以下，具有超大的比表面積和良好的韌性以及透光、導電和導熱性能等性質。石墨烯具有良好的導熱率。研究發現，結構孔可以使聲子通暢，從而導致石墨烯具有超高的熱導率。由于存在帶隙很低的金屬層，它可以被視為具有特殊理論背景的半金屬。石墨烯的性能完全取決于石墨烯層的層數和缺陷。例如，原始石墨烯的理論比表面積為2630m2/g，比炭黑的表面積(850-900)m2/g高得多。由于石墨烯特殊的性質，石墨烯作為許多現代技術的完美材料，包括電子應用，以及許多其他材料作為基板或模板.石墨烯的重要特性之一是其超高的導電性，這對于下一代技術來說是非常重要的。石墨烯及其工程模擬物零帶隙，價帶和導通帶之間幾乎沒有重疊，為應用和基礎研究開辟了巨大的可能性，這主要是由于電子表現為無質量相對論粒子。近年來，世界各地的許多科學家都在同一領域致力于下一代2D材料的開發。研究還表明，石墨烯可以顯示出數個電荷轉運體和長達1013cm-2遷移率為1×104cm2V-1

s-1的載流子。在室溫下，它可以根據實時應用情況進行調整，而且某些低溫邊界條件下這種移動性可增2×105cm2V-1

s-1。由于石墨烯中的電荷載流子和半金屬中的載流子一樣，通常稱為無質量的狄拉克費米子，所以石墨烯表現出半整數量子霍爾效應。石墨烯中的量子霍爾效應是唯一的，并且表現出電荷、厚度和電荷載流子速度之間的特殊關系。由于石墨烯的這些特性，人們發現石墨烯片的電阻遠小于銀的電阻，這對電子應用非常有利。石墨烯具有良好的力學性能。石墨烯的晶體結構是所有材料中強度和硬度最高的，其抗拉強度可以達到125GPa，彈性強度可以達到1.1TPa。石墨烯的極限強度為42N/m2。理想狀態下的石墨烯強度非常高，大約是普通鋼強度的100倍，平均每平方米的石墨烯片可承受的質量為4Kg。石墨烯具有優異的光學性能。研究表明，每層石墨烯的反射率均小于0.1%，白光吸收率高達2.3%。因此，純石墨烯層具有高度的透明性和高度的靈敏性。石墨烯的吸光度與層數呈線性關系，因此，隨著石墨烯層數的增加，吸光度迅速增加。第二章石墨烯的制備由于石墨烯的快速發展，如今最主要的問題是如何實現大規模批量化的制備結構、厚度和尺寸可控制高質量石墨烯。到現在為止，主要制備石墨烯的方法包括物理方法：機械剝離法、取向附生法。化學方法：化學氣相沉積法（ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD）、氧化還原法、SiC外延生長法。除此之外還有些一些其他方法。2.1物理方法2.1.1機械剝離法機械剝離法可能是在襯底上提取單層石墨烯薄片的最罕見和最杰出的工藝。這是納米技術中的一種自上向下的技術，在層狀結構材料的表面產生縱向或橫向應力。當單原子石墨烯層在弱范德華力的作用下堆積在一起時，石墨烯薄膜就形成了。層間距離和層間鍵能分別為3.34?和2eV/nm2在機械剝落過程中，單原子層從石墨中分離需要大約300nN/μm2的外力。石墨薄片的堆積是垂直于薄片平面的部分填充的π軌道(涉及范德華力)重疊的結果。剝落與堆積相反，由于在垂直方向上鍵合較弱，晶格間距較大，而在六邊形晶格平面上鍵合較強。不同厚度的石墨烯薄片可以通過機械剝離石墨材料(如高度有序熱解石墨(HOPG)、單晶石墨或天然石墨)的層來獲得。這種剝落可以使用各種各樣的工具，如透明膠帶，超聲波甚至通過轉移印刷技術等。在某些研究中，為了提高單層或少數層石墨烯薄片的成功率，也可以通過環氧樹脂等常規粘合劑或SAMS與基體結合。最近的一項研究表明，可以用金膜從圖案化的HOPG中轉移印刷宏觀石墨烯圖案。這是迄今為止生產高質量石墨烯最便宜的方法。機械剝落法獲得的石墨烯薄片通常采用光學顯微鏡、拉曼光譜和原子力顯微鏡進行表征。對剝落的石墨烯進行AFM分析，以評估其厚度和層數。通過機械剝落法發現單層片狀石墨烯純屬偶然，而且通過這種方法獲得的單層或幾層石墨烯的產率很低，并且片狀石墨烯會隨機擴散到襯底上。光學顯微鏡是另一種常用的識別單層石墨烯的方法。根據厚度的不同，石墨烯薄片會在硅晶片頂部300納米厚度的熱生長SiO2層上形成典型的顏色對比。拉曼光譜還對石墨烯的機械剝落進行了研究。這是識別石墨烯薄片厚度和估算其結晶質量的最快速、最精確的方法。這是因為石墨烯的拉曼光譜是基于層數的特征拉曼光譜。在這種微機械剝離方法中，石墨烯是用膠帶從石墨晶體中分離出來的。從石墨上剝離后，多層石墨烯仍然留在膠帶上，通過反復剝離，多層石墨烯被分割成幾片少層石墨烯薄片。隨后，所述膠帶被附到丙酮襯底上，以便分離所述磁帶。最后用未使用的磁帶進行最后一次剝離，獲得的薄片在尺寸和厚度上有很大差異，對于基于晶圓的單層石墨烯來說，其尺寸從納米到幾十微米不等。單層石墨烯的吸收率為2%，但由于干涉效應，可以在光顯微鏡下SiO2/Si表面上看到它。事實上利用這種剝離方法很難獲得大量石墨烯，甚至不能穩定制出可持續性薄片。這種方法的難度確實很低，然而石墨烯薄片需要在襯底表面找到，這是非常費力的。通過這些機械剝離方法形成的石墨烯被用于生產FET器件。盡管如此，機械剝離法仍需進一步改進，以在納米技術領域實現大規模、無缺陷、高純度石墨烯的量產。2.1.2石墨烯熱解溶膠-熱解法是自底向上合成石墨烯。在這個熱反應中，鈉和乙醇的摩爾比為1:1，在封閉容器中，石墨烯薄片可以通過超聲波加熱乙醇鈉順利分離。用SAED、TEM、拉曼光譜等手段研究石墨烯的晶體結構、不同的層數、石墨化性質、帶結構等，得到了尺寸可達10μm的石墨烯片。拉曼光譜顯示，石墨烯具有較寬的D波段、G波段和IG/ID~1.16的強度比。該工藝成本低，易于低溫制備高純度、功能化的石墨烯。但是該方法制出的石墨烯的質量仍然不合適，因為它含有大量的缺陷。2.2化學方法2.2.1氧化還原法氧化還原法是大量制備石墨烯的傳統方法之一。氧化還原法一般是根據Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法用濃硫酸、硝酸、高錳酸鉀等強氧化劑將石墨氧化而合成的。另一種氧化還原生產石墨烯的方法是利用超聲化還原氧化石墨烯。電化學還原是另一種大規模合成石墨烯的方法。1962年，首次建立了單層還原氧化石墨烯薄片的方法。然后，氧化石墨溶液可以被聲波處理以形成氧化石墨烯納米片。然后使用聯氨還原劑去除氧基，但發現還原過程不完全，留下一些氧化石墨烯之所以有用，是因為它的每一層都是親水的，與石墨不同。氧化石墨烯通過超聲波懸浮在水中，然后通過旋轉涂層或過濾沉積在表面，制成單層或雙層氧化石墨烯。然后，通過熱還原或化學還原氧化石墨烯制成石墨烯薄膜一種簡單的一步法，即溶劑熱還原法，在有機溶劑中生成還原的氧化石墨烯分散體。2.2.2化學氣相沉積（CVD）化學氣相沉積是分子被加熱并轉變為氣態的化學反應過程。在這種CVD工藝中，石墨烯在高溫下分解擴散，沉積在襯底表面的薄膜、晶體、固體、液體或氣體前驅體上。CVD法沉積高質量石墨烯通常是在各種過渡金屬襯底上進行的，如Ni、Pd、Ru、Ir和Cu。但是石墨烯的CVD生長主要是在銅和鎳兩種金屬襯底上進行的。鎳是第一個嘗試大面積石墨烯CVD生長的襯底。這些嘗試從2008年開始。1966年鎳于甲烷T=900°C形成薄石墨，用作電子顯微鏡的樣品支撐物。1971年，他們觀察到石墨棒中C的蒸發形成了石墨烯薄片。在1975年首次報道了用熱CVD法在Pt上沉積單層石墨材料。后來，Eizenberg和Blakely報道了Ni上石墨薄片的形成。1984年，研究人員進行了可能是首次在金屬表面上生長CVD石墨烯的紅外實驗，以研究在存在碳的情況下紅外的催化和熱離子特性。對石墨烯的物理和化學性質進行了精確的分析，開辟了石墨烯電子學的新領域。2006年，首次嘗試用化學氣相沉積法在鎳箔上合成石墨烯，使用樟腦(甾類化合物，化學式為C10H16O的白色透明固體)作為前驅體材料。2.2.3SiC外延生長法單晶碳化硅(SiC)表面的外延熱生長是最受歡迎的石墨烯合成方法之一。當在單晶襯底上沉積單晶薄膜產生外延薄膜時，這個過程稱為外延生長。它在單晶SiC襯底上制造高晶石墨烯。根據襯底的不同，一般有兩種外延生長工藝:同質外延和異質外延。當沉積在襯底上的薄膜是同一材料時，稱為同質外延層，如果薄膜和襯底是不同的材料，則稱為異質外延。碳化硅最早用于圖案化外延石墨烯的電學測量。2004年研究發現SiC是一種寬帶隙半導體，因此可以使用它作為襯底進行電氣測量。1975年，Bommel等人首次發現了6H–SiC表面的石墨烯的形成，在超高真空（-10~10mbar）及超高溫1000–1500°C下對兩個SiC表面進行熱處理，從而制備出石墨烯。2004年，deHeer的小組研究出了在單晶6H-SiC的S表面上制備由1-3個單原子石墨烯層組成的超薄石墨烯，并研究了其電子性質。石墨烯在碳化硅表面上的生長速率取決于碳化硅晶體的特定極性表面。石墨烯在C面上的形成速度比在Si面上快得多，在C面上，產生了更大的多層旋轉無序石墨烯疇，約（100~200nm），而在硅表面，超高壓退火產生了小疇，約30–100nm。Si（0001）和C（0001）在超高真空（UHV）及超高溫T（>1000°C）下退火，由于Si的蒸發而石墨化。在SiC上外延生長石墨烯被認為是一種非常有前途的大規模生產和商業化石墨烯的方法。SiC上的石墨烯可產生高頻電子器件、發光器件和輻射硬器件。在晶圓尺度上，利用石墨烯在SiC上制備了頂級門控晶體管。高頻晶體管被發現具有100GHz頻率，高于同等柵極長度的最先進Si晶體管。基于量子霍爾效應(QHE)，SiC上的石墨烯已被確立為一種新的電阻標準。2.3其他方法還有其他幾種方法可以制備石墨烯，如PMMA納米纖維的電子束輻照、石墨的電弧放電、多環芳烴的熱熔合和納米金剛石的轉化。石墨烯可以在氫氣氣氛下通過電弧放電法合成，具有兩到三層，薄片尺寸為100–200nm。通過快速加熱過程，空氣中的電弧放電產生了約100–200nm寬的石墨烯納米片，主要有兩層。高電流(100A以上)、高電壓(50V)、高氫氣壓力(200Torr以上)是獲得石墨烯的有利條件。石墨烯層的厚度很大程度上取決于初始氣壓。采用He和NH3氣氛作為電弧放電方法。在He中考慮了氣體的壓力和電流，得到了不同數量的石墨烯片。在分子束沉積技術中，采用乙烯氣源沉積在鎳襯底上，大面積、高質量的石墨烯層的產生依賴于冷卻速率。第三章石墨烯的應用3.1光電器件領域的應用3.1.1石墨烯顯示器石墨烯是一種適用于EED（電子發射顯示器）的材料，因為它具有高的長寬比，并且在薄板顯示器的兩端有懸空鍵，這是一種熟練的電子隧道技術。值得注意的是，石墨烯界面可產生無質量的狄拉克費米子。當它受到電場作用時，場流釋放電子，同時避免所有的反向耗散，因為它的逸出速度不依賴于它的能量。石墨烯可以在0.1vμm?2的電壓下打開電場，電場改善系數高達3700。石墨烯顯示器目前在市場上廣泛應用。George等人研究了模型觸摸面板顯示器的力學行為，該顯示器由兩層CVD生長的純石墨烯組成，在拉伸和接觸應力動態加載下嵌入PET薄膜。他們研究了基于石墨烯的原型面板顯示器在手機中實時應用的幾種特性。根據這項研究，石墨烯可能是下一代柔性觸摸面板顯示器的理想選擇。3.1.2柔性石墨烯晶體管石墨烯基晶體管是一種單電子納米器件，它一次只允許穿過一個電子。這種晶體管自問世以來就引起了人們的極大關注，現在許多晶體管已進入市場，用于日常應用。石墨烯基晶體管的主要優點之一是它們可以在室溫下進行工作,也可以在低電壓條件下工作，而且具有較高的靈敏度。這些特點使得石墨烯基晶體管比硅基晶體管更加有優勢,也促進了微芯片技術的進步。此外,由于石墨烯的固有特性,這種半導體晶體管也是非常靈活且完全可以折疊。然而，由于帶隙問題，原始石墨烯不能作為硅的替代品。石墨烯中的電子表現得像聲子，這與它們的運動能力相反。3.2生物醫學領域的應用3.2.1石墨烯傳感器傳感器是一種能夠準確地感知周圍環境中可能發生的各種動作(例如熱、運動、光、壓力、濕度等),并通常都是以光學、機械或者電信號為基礎來進行反饋的檢測裝置。國內的水銀溫度計就是一個日常使用的傳感器的例子。因為石墨烯具有較大的比表面積、優良的的光學特性、超高的導電性、高載流子遷移率和密度、高導熱性等優點，所以石墨烯和傳感器相組合非常合適。石墨烯的巨大的比表面積能夠增強不同需要的生物分子在其表面上的負載。它優良的導電能力和較小的帶隙可以促進生物分子和電極在表面間的電子相互傳導。由于石墨烯片中顆粒的二維、平面和相容性沉降，一個完美的傳感器可以區分其包覆狀況的微小變化。需要注意的是，片內的每個顆粒都呈現出包覆性的狀況。這使得石墨烯能夠在微米級的測量中充分識別周圍環境的變化，使其高度的可感知性。石墨烯同樣可以在原子水平上區分奇異的擾動。這些優良的石墨烯特性非常有利于傳感器的應用。總的來說，石墨烯可以用作不同領域的傳感器的一部分，例如：生物傳感器，診斷儀，場效應晶體管，DNA傳感器和氣體傳感器等。3.2.2石墨烯抗癌材料一種基于石墨烯的納米載體多功能材料，在癌癥治療中的應用，如石墨烯的表面可以使用共價或非共價鍵的抗癌藥物進行功能化。石墨烯的疏水性表面為兩親功能團的附著提供了一個合適的平臺，并有利于癌癥的細胞靶向治療。各種抗癌藥物，如多柔比星、喜樹堿、露卡素、紫杉醇等都被功能化在石墨烯納米材料（GBNMs）上。最早的研究之一是用喜樹堿對石墨烯進行功能化，結果表明喜樹堿在結腸癌中的抗癌活性增加了三倍。該配方確實具有化學治療的性質，但顯示出缺乏藥物的裝載效率。另一項研究將透明質酸作為氧化石墨烯的涂層材料，由此產生的復合物可介導乳腺癌細胞的光熱消融。透明質酸涂層增加了細胞相容性、穩定性和對乳腺癌細胞的選擇性。這種復合物使乳腺癌細胞的存活率降低了80%，因此，這種涂層納米載體成為一種有前途的乳腺癌療法3.3儲能領域的應用3.3.1石墨烯超級電容超級儲能電容器電池是一種介于傳統儲能電容器與二次儲能電池之間的新型電化學材料儲能充電裝置,它本身具有充電功率密度高、充電快、散熱效果好、高循環壽命、無化學污染、免養護維修等諸多優點,在各種各樣需要促進能量快速轉化的儲能技術和新領域應用中都具有很多的實際應用價值。然而超級儲能電容器目前受到了對于電極材質的限制,其中的能量分子密度通常會遠遠低于20wh/kg。石墨烯本身就具有超大的比表面積(2600m2/g),應用于超級電容器的多種電極合成能大幅提高它的儲能離子密度,其中它的儲能離子密度已經接近于普通鉛酸離子電池,它也是超級離子電容器的一種理想電極合成材料。石墨烯超級高速電容技術生產而出制成的電動汽車,一次高速充電僅僅只需8分鐘,即可提供額定電力的小型新能源電動汽車行駛1000千米。石墨烯超級電容器的能量分子密度已經超過600wh/kg,是目前最先進的動力復合鋰電池5倍,電池的內部重量僅為目前鋰離子復合電池全部重量的一半,使用壽命至少可能是目前的動力鋰電池2倍,是目前市場傳統的氫化物電池4倍,成本將至少會比目前的鋰電池成本下降77%。3.3.2石墨烯鋰硫電池自1940年以來就制造了包括鋰硫電池在內的各種電池。鋰硫電池和其他電池相比的缺點是價格昂貴，壽命很短。通常，在鋰硫電池中，硫作為陰極，鋰作為陽極。在鋰硫電池的放電過程中，鋰在陽極被氧化并轉化為鋰離子，在陰極，硫被還原并轉化為硫離子。然后，鋰離子向陰極移動，與被還原的硫反應，形成Li2S。為了解決所有這些問題，可以在不同的電池框架中將石墨烯固結到陽極和陰極中，從而提高電池的效能，提高充放電循環速度。石墨烯的超高導電性、高深寬比和分散性大大優于傳統的無機陰極，同時減輕了它們的限制。由于石墨烯具有良好的適應性，已廣泛應用于鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器和能源元件中。鋰硫電池的能量高達500Wh/kg，甚至更高，以便實時使用。3.4水處理領域中應用3.4.1海水淡化在近些年來的水處理技術發展中，石墨烯的納米材料被越來越多的人證明憑借其良好的物理化學性能，比如良好結構穩定性，孔隙可控性和良好電流遷移率，被用來在海水中選擇性金屬離子分離，而達到脫鹽的效果。Cohen-Tanugi等采用動力學經典理論，闡述了由于石墨烯的羥基具有良好的親水性，能夠大大提高水的通過性，說明石墨烯薄膜比傳統海水淡化反滲透膜的透水性要高得多。雖然這種石墨烯材料具有良好的過濾篩分能力，但是它卻難以被大面積的制備，從而限制了它的實際應用。最近，袁荃教授和段鑲鋒教授發明了一種大面積制備石墨烯-納米網/單壁碳納米（GNM/SWNT）復合膜的方法，有望實現石墨烯濾膜的規?；a和應用。這種高機械強度的GNM/SWNT復合膜可以防止撕裂和溶質泄漏，面積可達厘米級。測試發現，該材料可以從鹽水中剔除85％至97％的鹽。3.4.2去除有機污染物有機污染物的去除可以主要通過石墨烯和氧化石墨烯和有機污染物的交互作用去除，比如電子對的堆疊、分子間引力和疏水能力及等作用。對有機污染物吸附過程影響的主要條件是：污染物的特性、吸附劑表面特征、水中的環境條件和體系PH值。石墨烯在去除有機污染物方面的研究主要集中在有機染料、化學藥物以及難降解有機污染物。Tang等人[48]通過水熱法合成了一種富含氧官能團的丹寧酸修飾的石墨烯水凝膠，這種水凝膠對亞甲基藍有著超高的吸附能力，其吸附量最大可達到714mg/g。Li等人采用多孔石墨烯氧化物(MPrGO)磁還原法來吸附廢水和純水中的三氯烷。除了用于吸附劑的富集,石墨烯吸附復合物可以通過利用光催化、電化學催化等多種途徑,用于水中污染物的吸附去除。光催化的載體工作產生機理主要指的是指當石墨烯在其中吸收的大量光子的動能遠遠超過其原子帶隙的動能時,碳原子就受到光子激發而催化產生一種釋放電荷大的載體,即電子e-和空穴h+。所產生的放射性電荷載體就會遷移到污染物的表面,與其在污染物中所吸附的放射性物質會自動發生一種氧化和還原的反應,進而導致污染物被降解。由于石墨烯優異的電化學性質,近年來在污染物電催化方面展現出不俗的成績。3.4.3去除重金屬離子由于多孔石墨烯和石墨烯的復合材料具有較高的比表面積，密密麻麻的內部孔結構和大量的表面官能團，使其對水中的重金屬理子有著非常良好的吸附性能。在最近這幾年有很多人研究了石墨烯和石墨烯復合材料對重金屬離子吸附去除的研究，主要吸附去除的重金屬污染物中所含的汞、鉛、鉻、鎘、鋅、銅、鎳等。石墨烯材料去除重金屬污染物的機理主要是離子交換，靜電相互作用，表面絡合等，而且這幾種作用并不是單獨產生，往往是相伴產生。近期崔屹課題組研究發現，氧化石墨烯所覆蓋的碳電極在電沉積的作用下對重金屬離子有著超高的吸附能力，平均每克氧化石墨烯可以吸附29g的重金屬理子。由于石墨烯覆蓋的碳電極表面有著大量的官能團，使其對水中的多種重金屬的回收率高達99.9%。3.5石墨烯功能性涂料3.5.1石墨烯抗靜電涂料抗靜電防腐涂料被廣泛應用在汽車、電子、機械、航空和化工等工業領域,隨著我國現代科學技術的不斷進步,對其產品抗靜電性能要求也愈來越嚴格。石墨烯材料具有的高強度導電、強力學等重要特性,這些優良的特性都有利于開發出一種具有高性能、高強度的新型防靜電涂料。將十六氟苯胺接枝石墨烯的薄膜表面以便于提高其與環氧樹脂的化學相容性,然后以共用或混合的一種形式將二者均勻地進行混合,改變混合物體系中石墨烯的實際使用量,可以得到一種具有不同的表面電阻效率的新型防靜電改性涂料,當新型防靜電改性涂料中的石墨烯添加劑的實際量為0.5%時,防靜電改性涂料薄膜的表面電阻效率就可能會直接下降至109ω/sq,達到防靜電改性涂料在材料的行業規范和國家標準的要求。3.5.2石墨烯油墨石墨烯已被進一步用于生產電子、耐熱和防腐蝕用途的功能性油墨。通過將石墨烯摻入油墨配方中，與石墨烯相關油墨的導電性能會影響，使其變得導電且可加工。與其他導電油墨（甚至是一些新開發的納米油墨）相比，石墨烯油墨無毒，環保，便宜且可回收利用。此外，石墨烯還具有很高的熱穩定性，是生產大量熱量的電子應用中耐熱油墨涂層的理想材料。由于石墨烯在制造過程中不會分解，所以在需要較高的加工溫度時，它也是一種較好的選擇。石墨烯具有優異的化學穩定性和極高的惰性。這些額外的優點使石墨烯成為功能性油墨應用的理想選擇。因此，對于環境因素至關重要的應用場合，石墨烯油墨可以提供一種穩定的屏障，以保護材料免受化學物質和腐蝕的影響。3.6催化領域的應用催化是工業革命和研究發展的重要基礎研究課題。由于石墨烯具有豐富的表面性質、片狀形態、高表面積和高電子遷移率，石墨烯及其衍生物被證明是非常有效的催化材料。傳統上，許多催化反應使用貴金屬作為機械載體和慢化劑來提高反應速率和生產率。同樣地，石墨烯作為一種化學惰性物質，因為在其最純的形式中，沒有自由鍵。但是，官能團的添加改變了石墨烯的特性，使其適合作為催化載體。此外，研究發現石墨烯平面且均勻的表面會增強襯底與催化劑之間的界面相互作用。由于石墨烯的二維表面形貌，金屬催化劑可以在石墨烯的表面準確地定位，從而獲得最佳的性能。同樣，石墨烯高效的機械背景和非凡的電荷承載能力，通過最大限度的催化劑-底物參與，有助于反應過程中的電荷交換。此外，石墨烯處于休眠狀態，不參與催化循環，因此可以用作催化劑的理想載體。同樣，石墨烯使催化劑顆粒分散，因此催化劑底物的碰撞率變為最大，這再次有助于實現該催化劑的最佳性能?？傮w而言，石墨烯最適合用作催化載體，特別是在新興的非共價鍵合載體技