1。3。4 新型碳材料吸附剂

1。4 石墨烯

石墨烯（图1），是将石墨片剥离成只有一个碳原子厚度的单层碳纳米材料，在发现石墨烯这种物质之前，物理学界普遍认为在有限温度下热力学的涨落不允许任何二维晶体的自由存在，所以石墨烯一直被物理学家认为是无法独立稳定存在的。直到2004年英国曼彻斯特大学物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·海姆成功地在实验室将石墨稀从石墨中分离出来，从而证明了它可以单独存在，两人也因此一起获得了2010年诺贝尔物理学奖[19]。

图1-2 石墨烯结构示意图

1。4。1 石墨烯的结构及性质

石墨烯是由碳原子经sp2电子轨道杂化后形成的一种具有二维结构的碳的同素异形体，其具有很大的比表面积，理论上比表面积可达到2600 m2⁄g。自从2004 年英国 Manchester 大学的Geim 等人发现石墨烯可以制备出来以来，这种新型碳材料已经成为全世界材料领域的研究热点。石墨烯其拥有的特殊结构使其拥有了大量的、独特的物理及化学性质，使其表现出许多别的材料所不具备特性。例如，石墨烯的强度是目前所发现所有材料中最高的，能达到130 GPa；其载流子迁移率为15000 cm2·V-1·s-1，如果在特定条件下（比如低温骤冷时），其载流子迁移率甚至可达到 250000 cm2·V-1·s-1；它的热导率可达 5000 W·m-1·K-1，是金刚石的 3 倍[20]；石墨烯还具有室温量子霍尔效应及室温铁磁性等特殊性质。石墨烯所具有的优异的物理、化学性能，让它在力学性能、热学性能和电性能等方面具有非常大潜力，是非常适合开发高性能的复合材料的原料。预计将来对石墨烯的研究会原来越多。来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

  但石墨烯的结构是由碳原子经sp2电子轨道杂化后形成的单原子层，这就使得石墨烯表面呈现明显的憎水性，此外，在范德华力的作用下，石墨烯片层容易重新堆积，形成石墨。所以在实际应用中很难操作。而氧化石墨烯（graphene oxide，GO）图2，因其表面含有大量的含氧基团（—COOH—和—OH—等），这些含氧基团不仅使氧化石墨烯在水中表现出亲水性，而且还可活性吸附水中的重金属离子，所以氧化石墨烯被大量实际运用。

在材料届，石墨烯首先引起大家注意的是其优越的力学性能。在目前已发现的材料中，石墨烯具有最高的强度和硬度。理想石墨烯的抗拉强度是钢铁的100倍，同时石墨烯也可以作为增强相制作到复合材料中。现在日常生活中，我们一般使用铜作为导热材料，而经研究，我们发现石墨烯的室温导热常数约5×103W/m·K，超过铜的10倍。石墨烯对周围环境十分敏感，表面气体分子改变会改变石墨烯的载流子浓度，我们可以利用石墨烯的这一特性用来制作气体传感计。在光学方面，石墨烯的透光率能达到97。7%，石墨烯的厚度不同它的光学特性也不同，所以检测石墨烯透光率是鉴别石墨烯层数的方法之一。