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1、石墨烯宏观体及其潜在应用摘要：右墨烯是一种新型的二维平面纳米材料，具有很多特姝的力电光热特性，如出色的力学性能，高热导率，高电子迁移率，大的理论比表面积等，而基于石墨烯的结构组装形成三维宏观体是石墨烯走向实际应用的重要步骤。本文简要介绍了石墨烯及石墨烯宏观体，着重阐述了石墨烯宏观体在超级电容器、锂离子电池、催化、生物医学等方而的潜在应用。关键词：石墨烯；宏观体；超级电容器；锂离子电池；催化中图分类号：TQ127.1Graphenemacroassemblywiththree-dimensionalarchitectureandtheirapplicationsZHANGL
2、ifang,LVWei,YANGQuan-Hong(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin,300072)Abstract:Graphene,atwo-dimensionalcarboncrystalsheet,hasattractedenormousinterestowingtoitshighthermalconductivity,uniquestructurecharacters,excellentmechanicalproperties,highelectroniccond
3、uctivityandlargespecificsurfacearea・11isbelievedthatdevelopingmacroscopicthree-dimensionalarchitectureofgraphenewillopenupanewpromisingwayfortheapplicationofgraphenebasedmaterials.Inthispaper,thepotentialapplicationsofgraphenemacroscopicstructures,includingsupercapacitor,lithiumionbattery
4、,catalysisandbiologicalmedicine,havebeendiscussedindetail.Keywords:graphene;macrostructure;supercapacitor;Li-ionbattery;catalysis0引言碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。山碳元素纽•成的碳质材料具有多样性、特升性、广泛性等特点。近20年来，碳质纳米材料一貢处于科技研究的前沿领域。2004年，Geim等⑴人首次利用胶带剥离高左向热解石墨的方法获得了单层和薄层石墨烯，更是激起科学界对燄质纳米材料的乂一轮研究热潮。石墨烯是目前已知的
5、最薄的二维材料。完美的石墨烯具有理想二维品体结构，具有特殊的力学、电学、光学和热学特性，包括出色的力学性能(1060GPa)Rj,高热导率3000Wm-iK-i[3],室温下高速的电子迁移率20000cm2V-is-i[4],高的理论比表面积2600m2纠⑸等。右墨烯特姝的结构，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应⑹等一系列性质，引起了科学界巨人兴趣，全世界止掀起一股石墨烯研究的热潮。石墨烯也町以视作一种二维大分子，其边缘存在大量悬键，基于非共价键或共价键的相直作用，右墨烯片层相互作用、注加，可以聚集形成一个稳定的、具有一定规则形状的石墨烯宏观体，从而将一些石
6、墨烯纳米级现象展现到一个広观层而，促进石墨烯迈向实际应用。近儿年来，石墨烯宏观体正引起了越来越广泛的关注。1石墨烯单层石墨烯是单原子层紧密堆积的二维品体结构，其屮碳原子以六元环形式周期性排列于二维平面内。每个碳原子通过o键与其他三个碳原子相连，这些很强的C-C键使得石墨烯片层具有很强的结构刚性。据美国哥伦比亚人学物理研究纽•报道，石墨烯是现在世界上己知的最为牢固的材料。此外，碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的TT电子，这些TT电子可在品体中口由移动，赋予石墨烯良好的导电性。右墨烯可以看成是构成Sp2杂化炭材料的基本单元。右墨烯六角网面Z间通过7T电子相互
7、作用，形成三维体相石墨，故石墨具有层状结构。100层以上的石墨烯片层，具有三维的特性，换言Z,石墨可以看成是层数较多的（100层以上）石墨烯。如果有五角元胞和七角元胞存在，他们会构成石墨烯的缺陷。少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲，12个五角元胞会形成富勒烯（Fullerene）,碳纳米管也被认为是卷成圆筒的右墨烯。右墨烯的出现不仅为其他新型炭材料的合成提供了可能，并II由于石墨烯的廉价易得，在经济上更具有优势，更有利于相关产品的工业化，因此吸引了大批科学家和产业界人±［4Jo目前，右墨烯的制备方法主要划分为三类⑺：第一类为化学
