石墨烯材料基本原理与新兴应用

上篇 石墨烯与石墨烯基纳米复合材料基础 3

第1章 石墨烯与相关二维材料 3

1.1 前言 3

1.2 以改良版Hummers法制备氧化石墨烯 5

1.3 氧化石墨烯在有机溶剂中的分散 5

1.4 类纸状氧化石墨烯 6

1.5 氧化石墨烯与石墨烯的薄膜 6

1.6 氧化石墨烯纳米复合材料 7

1.7 石墨烯基材料 7

1.8 其他二维材料 9

1.9 结论 17

参考文献 18

第2章 石墨烯表面功能化 21

2.1 前言 21

2.2 石墨烯的非共价功能化 22

2.3 石墨烯的共价功能化 28

2.4 石墨烯－纳米粒子 39

2.5 结论 45

参考文献 45

第3章 功能性三维石墨烯网络的架构与应用 52

3.1 前言 52

3.2 应用 63

3.3 总结、结论与展望 71

缩写 71

参考文献 72

第4章 共价石墨烯－聚合物纳米复合材料 78

4.1 前言 78

4.2 石墨烯在聚合物补强中的性能 79

4.3 石墨烯与类石墨烯材料 79

4.4 生产方法 81

4.5 石墨烯化学 84

4.6 传统石墨烯－基聚合物纳米复合材料 84

4.7 共价石墨烯－聚合物纳米复合材料 87

4.8 “接枝－于”方法 89

4.9 “接枝－到”方法 99

4.10 结论 111

致谢 112

参考文献 112

下篇 石墨烯在能量、健康、环境与传感器领域的新兴应用 123

第5章 石墨烯纳米片补强的镁基复合材料 123

5.1 前言 123

5.2 石墨烯纳米片对纯镁机械性能的影响 126

5.3 石墨烯纳米片（GNPs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）对纯镁机械性能的协同效应 131

5.4 加入石墨烯纳米片（GNPs）对镁－钛合金强度与塑性的影响 141

5.5 石墨烯纳米片对Mg－1％Al－1％Sn合金抗拉性能的影响 145

致谢 149

参考文献 149

第6章 储能用石墨烯及其衍生物 154

6.1 前言 154

6.2 锂电池中的石墨烯 155

6.3 超级电容器中的石墨烯 171

6.4 总结 175

参考文献 175

第7章 石墨烯－聚吡咯纳米复合材料：高性能超级电容器的理想电活性材料 183

7.1 前言 183

7.2 可再生能源 184

7.3 能量存储的重要性 185

7.4 超级电容器 185

7.5 超级电容的原理与操作 186

7.6 超级电容器的电极材料 187

7.7 石墨烯－基超级电容器及其局限性 188

7.8 石墨烯－聚合物－复合材料－基超级电容器 188

7.9 石墨烯－聚吡咯纳米复合材料基超级电容器 189

7.10 制造超级电容器用石墨烯－聚吡咯纳米复合材料 189

7.11 石墨烯－聚吡咯纳米复合材料－基超级电容器的性能 193

7.12 总结与展望 195

参考文献 196

第8章 由疏水ZnO固定的石墨烯纳米复合材料提高短路电流密度的本体异质结太阳能电池 198

8.1 前言 199

8.2 OPV的经济预期 201

8.3 器件架构 204

8.4 工作原理 205

8.5 合成疏水纳米材料的实验步骤 207

8.6 合成的ZnO纳米粒子与ZnO修饰的石墨烯复合材料的表征 210

8.7 混合型太阳能电池的制造与表征 216

8.8 结论 221

致谢 221

参考文献 221

第9章 用于能量存储与生物传感的三维石墨烯双金属纳米催化剂泡沫 225

9.1 背景与前言 225

9.2 制备与表征用于H2O2基电化学生物传感器的三维石墨烯泡沫负载的铂－钌双金属纳米催化剂 235

9.3 用于直接甲醇与直接乙醇燃料电池的三维石墨烯泡沫负载的铂－钌双金属纳米催化剂 248

9.4 结论 256

致谢 257

参考文献 257

第10章 采用石墨烯和石墨烯－基纳米复合材料的电化学传感与生物传感平台 262

10.1 前言 262

10.2 石墨烯及其衍生物的制造 264

10.3 石墨烯及其衍生物的性质 267

10.4 石墨烯的电化学 269

10.5 石墨烯与石墨烯基纳米复合材料作为电极材料 271

10.6 电化学传感／生物传感 271

10.7 挑战与未来趋势 280

参考文献 283

第11章 石墨烯电极在健康与环境监测中的应用 293

11.1 基于纳米结构材料的生物传感器 293

11.2 电化学（生物）传感器制造中采用的石墨烯纳米材料 294

11.3 健康监测适用的微型化石墨烯纳米结构生物传感器 296

11.4 环境监测中的微型化石墨烯纳米结构生物传感器 305

11.5 结论与展望 311

致谢 313

参考文献 313