石墨烯有机纳米复合仿生结构的制备与物理性能

石墨烯（graphene）具有原子级的厚度、超高的比表面积、优异的力学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性，被认为是继富勒烯、碳纳米管之后最有潜力的碳材料，从2004年发现至今，石墨烯迅速成为科学界研究的热点。石墨烯相对碳纳米管而言原料丰富、价格低廉，有望在无机或高分子纳米复合材料中得到广泛应用。本项目拟从仿生结构设计的角度出发，以高度分散、稳定的氧化石墨烯分散液为起点，利用表面修饰技术和弱相互作用如疏水作用、范德华力和配位作用等采用化学溶液法制备层层组装的石墨烯有机纳米复合仿生"砖－桥－泥"式结构。在该结构中连续的石墨烯"砖"作为稳定的结构支撑，无机纳米功能粒子作为"砖"层之间的连接点，高聚物作为有机"泥"状黏结物质。以期通过引入不同种类的高聚物和功能纳米颗粒制备具有特殊性能的石墨烯基纳米仿生结构。

石墨烯作为新型碳纳米材料引起了材料科学界的广泛关注，本项目以石墨烯仿生结构为研究对象，从石墨烯的微观到宏观尺度，从单片石墨烯到石墨烯三维网络结构，重点围绕石墨烯仿生结构的绿色制备和仿生结构在能源储存中的应用等方面进行了研究。发展了紫外辐照法和沉淀法分别用于石墨烯和石墨烯无机纳米复合材料的制备，并制备了具有三维仿生结构的石墨烯基薄膜。这类薄膜以石墨烯为基体，夹杂无机纳米颗粒和高分子材料，在能源储存和环境保护方面具有重要的应用价值。这些研究为石墨烯的绿色制备和深层次应用提供了重要参考。