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1、石墨烯基无机纳米材料张乃夫简介将无机材料(金属纳米材料、半导体和绝缘纳米材料)分散在石墨烯纳米层表面可合成石墨烯基无机纳米复合材料。由于无机纳米粒子的存在可使石墨烯片层间距增加到几个纳米，从而大大减小石墨烯片层之间的相互作用，使单层石墨烯的独特性质得以保留，这是通常化学修饰法难以企及的。因此，用无机纳米粒子修饰石墨烯片提供了一条阻止石墨烯片团聚的崭新途径。从另一个角度看，石墨烯基无机纳米复合材料不但可以同时保持石墨烯和无机纳米粒子的固有特性，而且能够产生新颖的协同效应，具有广泛的应用价值。无机纳米粒子可减小石墨烯片层间的相互作用,而石墨烯与特定纳米粒子相结合,使该类复合材料在催化剂
2、、光学等领域具有广泛的应用前景目前研究的无机纳米粒子主要包括金属纳米粒子:Au、Ag、Pd、Pt、Ni、Cu、Ru、Rh;金属氧化物纳米粒子:TiO2、ZnO、SnO2、MnO2、Co3O4、Fe3O4、NiO、Cu2O、RuO2、SiO2;硫化物纳米粒子:CdS、CdSe。应用前景由于石墨烯具有独特的结构柔韧性、超高的电导率、优异的热稳定性以及巨大的比表面积,石墨烯在纳米材料的制备与应用领域具有广阔的发展前景,将拥有优异性能的石墨烯与其他功能纳米材料相结合制备石墨烯基纳米复合材料,是拓展石墨烯应用范围的有效途径。运用于光催化、超级电容器、对硝基苯酚(4-NP)催化加氢等领域中。制
3、备方法化学还原法制备电化学沉积法制备热蒸发法制备水热法制备溶胶凝胶法制备化学还原法是目前制备石墨烯基金属纳米材料较常用的方法。一些贵金属的前驱体,如HAuCl4、AgNO3、K2PtCl4和H2PdCl6可被抗坏血酸、NaBH4等还原剂在石墨烯表面还原。此外,金属氧化物如Cu2O、SnO2、MnO2、NiO等也可通过化学还原在GO/rGO表面生成。如化学还原法制备Xu,Z.;Gao,H.;Guoxin,H.,Solution-basedsynthesisandcharacterizationofasilvernanoparticle–graphenehybridfilm.Carbo
4、n2011,49(14),4731-4738.电化学沉积法制备化学还原法中使用的还原剂和有机溶剂会降低石墨烯与纳米粒子结合界面的活性,从而降低复合材料的性能,直接在石墨烯基体电化学沉积无机纳米材料是制备石墨烯复合薄膜一种绿色环保且高效的方法。而后随着氧化石墨烯直接电化学沉积制备石墨烯工艺的出现,人们发现可将GO和金属离子共沉积制备复合材料。Hu,Y.;etal.,Graphene–goldnanostructurecompositesfabricatedbyelectrodepositionandtheirelectrocatalyticactivitytowardtheoxyge
5、nreductionandglucoseoxidation.ElectrochimicaActa2010,56(1),491-500.热蒸发法制备热蒸发法是一种低成本、可规模化、不使用化学试剂并且形态可控的制备石墨烯基无机纳米复合材料的方法。如Zhou等利用热蒸发法在石墨烯表面沉积了金纳米粒子并且研究了石墨烯层数对纳米金粒子粒径大小和密度的影响。他们发现随着石墨烯层数的增加,粒子密度降低而粒径尺寸增大,这是因为在不同表面沉积的金原子扩散系数不同,并且石墨烯表面的自由能与层数有关,而层数控制着石墨烯与热蒸发金原子的交互作用从而影响了石墨烯表面对金纳米粒子的吸收、解析和扩散。Zhou,
6、H.;etal.,Thickness-dependentmorphologiesandsurface-enhancedRamanscatteringofAgdepositedonn-layergraphenes.TheJournalofPhysicalChemistryC2011,115(23),11348-11354.水热法制备水热法是一种可在高温固定体积下产生高压从而制备无机纳米复合材料的简单方法。例如Wang等利用水热法制备了Bi2O3/石墨烯纳米复合材料,该材料在10A/g时比电容达到了757F/g。最近Marlinda等利用水热法处理含有GO、Zn(CH3COO)2、Na
7、OH和氨水的混合液制备出了ZnO纳米棒/石墨烯复合材料,其可应用在气体传感器领域。Marlinda,A.;etal,HighlyefficientpreparationofZnOnanorodsdecoratedreducedgrapheneoxidenanocomposites.MaterialsLetters2012,80,9-12.溶胶凝胶法制备溶胶–凝胶法是制备金属氧化物结构材料和薄膜涂层材料非常有效的一种方法,其以金属醇盐或金属氯化物作为前驱体进行一系列的水
