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近年来，对使用石墨烯(GR)作为助催化剂构建各种石墨烯半导体复合材料，对太阳能能量转换提高半导体的光催化性能的兴趣与日俱增。石墨烯独特的二文结构和优良的电子性质赋予这个助催化剂突出的能力。因此电荷载体转移过程的优化和操作在石墨烯和半导体之间的接口是非常关键的。迄今为止，石墨烯和半导体之间的紧密接触已被认为是一个关键因素。充分利用石墨烯的电子传导性，从而更有效地提高石墨烯半导体的光敏复合作用。这对通过提高光敏问题加强石墨烯半导体复合材料的界面接触来说并不是一个简单的问题，石墨烯和半导体之间紧密连接，但石墨烯半导体复合材料各自的单个组件也集成优化了界面原子电荷载体转移途径产生的理性之间的协同交互。从这个意义上讲，它至关重要，通过石墨烯和半导体之间的接口界面提出了概念策略来提高电荷载体寿命和传输效率。不幸的是，据我们所知，它仍未在这个重要方面完全研究清楚。另一方面，“屏蔽效应”引起的高重量增加了石墨烯助催化剂的效用，由于其不透明度，削弱了光辐照深度石墨烯半导体复合材料和反应介质，不可避免地限制了石墨烯在促进光敏石墨烯半导体复合材料中的作用。这内在的负面影响导致的事实是，已达到最优的光敏石墨烯半导体复合材料增强，石墨烯的重量增加比半导体矩阵通常也不能超过5%，尽管石墨烯能够大比例的积极抑制电子空穴对复合光电半导体的作用。这样的一把双刃剑的角色也限制了石墨烯在净效率促进石墨烯半导体复合材料的整体感光性。这提到的两个问题可以被看作是两种典型的瓶颈或者说突破口，限制了提高石墨烯半导体复合材料的感光和更有效制造的程度。引入少量的金属离子(钙、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌)到界面层矩阵石墨烯和半导体之间，显著提高可见光光敏石墨烯半导体复合材料，而亲密的接触界面石墨烯和半导体之间仍然保留。结果显示，这种简单的方法可以优化电荷载流子的传输路径，并且在石墨烯和半导体之间的接口能更有效地提高电荷载体的寿命，而在可见光的照射下转移量更多。此外，它可以部分抵消石墨烯的屏蔽效应，由于石墨烯的重量增加了很多，因此，石墨烯半导体复合材料的感光显著增强，就是在可见光照射中有氧醇的选择性氧化和厌氧还原硝基化合物。这项工作强调了优化石墨烯和半导体之间的界面组成(如，引入金属离子或其他杂原子界面中介)可以提供一个概念上的新策略来提高寿命和载流电荷的传输效率。结果，更有效率和更智能的石墨烯半导体催化剂，将实现对各种目标应用程序在太阳能中的转换。
1.1.1石墨烯的发现及其结构
石墨烯是富勒烯家族中的一员。从结构上来说，相对于其他成员包括石墨、碳纳米管和球烯C60。来说，石墨烯可以看成是这些成员的基本组成单元(如图1.1)
图1.1窝状晶格(左上角) ，石墨(右上角)可以看做是石墨烯片层的堆积：碳纳米管是石墨烯卷起来的圆筒(左下角)：富勒烯(C60)是由石墨烯卷曲起来的分子
从形式上看，石墨烯卷曲程碳纳米管，包裹了零文球烯结构可以形成的一侧时，会形成一个多层石墨堆叠。从一个化学组成点来看，所述石墨烯也可以看作是一些从网络结构移除一个氢原子后的多环芳香族碳氢化合物。
作为碳材料的构建块的所有其他文度(如零文巴基球、一文纳米管、三文石墨），由于其独特的结构和性能，二文(2d)单原子碳的石墨烯已迅速成为一个对能源的应用有吸引力的候选人，包括一个巨大的比表面积，良好的导电性，良好的导热系数和高电荷流动，强大的机械强度，光学吸收(2.3%)和密度低，罕见的灵活性。像所有其他材料一样，石墨烯材料具有理想的大部分属性也具有某些特定的应用程序所需的表面特征，这是非常罕见的。因此，表面功能化是制造石墨烯材料良好的体积和表面性能的高效能量转换与储存必不可少的。