第42卷第4期2013年4月

应用化工Vol．42No．4Apr．2013

AppliedChemicalIndustry

石墨烯复合材料的制备及其在能源领域的应用

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曲春浩，王军，屈孟男，陈国珍

（1．陕西省石油化工研究设计院，陕西西安710054；2．西安科技大学化学化工学院，陕西西安710054）

摘要：石墨烯是一种二维新型碳材料，以其独特的结构和优异的性能，在物理、化学和材料学界引起了广泛的研

究兴趣。简要介绍了石墨烯及其功能化改性，并对近年来石墨烯复合材料在锂离子电池、超级电容器、燃料电池电极载体、光伏电池等能源领域的研究进行了综述。关键词：石墨烯；复合材料；能源；研究进展中图分类号：TQ127．1

文献标识码：A

文章编号：1671－3206（2013）04－0725－03

Preparationofgraphene-basedcompositematerialsanditsapplicationsinthefieldofenergy

QUChun-hao1，WANGJun1，QUMeng-nan2，CHENGuo-zhen1

（1．ShaanxiResearchDesignInstituteofPetroleumandChemicalIndustry，Xi’an710054，China；

2．CollegeofChemistryandChemicalEngineering，Xi’anUniversityofScience＆Technology，Xi’an710054，China）

Abstract：Graphene，thetwo-dimensionalsp2-hybridizedcarbon，hasattractedmuchinterestinrecentyearsduetoitsuniqueandoutstandingproperties．Onthebasisofintroducingthegrapheneanditsfunc-therecentprogressofmodificationandapplicationinenergyfieldofgraphene-tionalmodificationbriefly，

ionbattery，supercapacitor，thebasedcompositematerialsisreviewedintermsoffouraspects：lithium-electrodecarrieroffuelcellandthephotovoltaiccell．

Keywords：graphene；compositematerials；energy；researchprogressGeim和Novoselov用胶带剥离石墨晶体2004年，

首次获得了石墨烯，并因此获得2010年诺贝尔物理学

3

奖。石墨烯具有高的力学性能（1．06×10GPa）、

锂离子电池、超级电容器、低温燃料电池等能源领域的应用。

1石墨烯改性途径

2

石墨烯（GE）是一种由sp杂化的碳原子以六

3×10W/（m·K）］、1．5×热导率［电荷迁移率［

32

104cm2/（V·s）］、大的比表面积（2．6×10m/g）

3

以及独特的量子霍尔效应等许多优异的物理化学性质，使其在储能材料、催化剂载体、传感、电极材料、阻燃材料、复合材料等领域具有广泛的应用前景，因而受到研究者的广泛关注。

石墨烯与碳纳米管相比，具有相似的物理性质、更大的比表面积以及更低的生成成本，有望取代碳纳米管成为新型碳基复合材料的优质基体材料。但石墨烯之间存在的强的范德华力和π-π堆积，使其在溶液或固相时团聚明显，极大的限制了石墨烯在诸多领域的应用。因此，需要对石墨烯进行功能化，制备出石墨烯基复合材料，提高其分散性，并最大程度保留它的优异的物理化学性质，并赋予其新的特性。本文综述了石墨烯复合材料的制备方法以及在

12-0301-29收稿日期：2012-修改稿日期：2013-基金项目：国家自然科学基金项目（21003099）

边形排列形成的周期性蜂窝状二维碳质新材料，其

厚度只有一个碳原子的厚度（约为0．335nm）。石墨烯是其他各种碳材料的基本结构单元，可以翘曲

卷曲成一维的碳纳米管、堆叠形成成零维的富勒烯、三维的石墨晶体。

石墨烯之间存在强的范德华力和π-π堆积，使

其在溶液或固相时团聚明显，因而需要对其进行改性。理论研究表明，可通过对石墨烯进行改性来调节其性质，掺杂或吸附其它原子可以产生电子迁移，从而改变其六角结构的C原子的散射中心，改变其电子结构性质，从而改变其性能。石墨烯的功能化方法总体可分为两大类：非共价功能化和共价功能化。非共价功能化最大的优点是对石墨烯的破坏性小，可以最大程度保留石墨烯

作者简介：曲春浩（1981－），男，黑龙江绥滨人，陕西省石油化工研究设计院工程师，从事分析化学方面研究。电话：029

－85542624，E－mail：qchad@163．com