改性氧化石墨烯纳米材料

当今世界面临着严峻的环境与能源挑战。传统能源如煤、石油的不断消耗以及环境的日益恶化严重影响了人类的日常生活以及社会的正常发展。因而开发更为高效与环境友好的能源设备越来越得到人们的强烈关注。为**的初代锂离子二次电池以其在能量密度与操作电压上明显优于传统铅酸与镍镉电池的优势，迅速应用于便携电子设备电池市场。其后，随着具有环境友好、成本低廉、循环性能稳定等诸多优势的以磷酸铁锂为**的正极材料的报道［6，7］，锂离子二次电池的应用也扩展到混合动力汽车与纯电动汽车领域。然而目前锂离子电池电极材料还存在着诸多问题，如较低的电子电导率与锂离子迁移效率、嵌脱锂过程中巨大的体积变化、电极材料与电解液的副反应造成的容量损失以及活性物质不可逆的结构变化制约材料的循环稳定性等。另外，由于目前常用的锂离子电池正极材料固有的理论容量限制，实际应用的锂离子电池的比能量密度很难突破250Wh/kg［8］，因而难以满足其在高比能量电池领域的长远发展。在这种背景下，锂硫电池作为一种新的电化学储能体系，以其超高的理论能量密度(2600Wh/kg)以及单质硫储量丰富、环境友好的特点，成为高比能二次电池的研究热点。石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。改性氧化石墨烯纳米材料

氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到**呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被***认知。改性氧化石墨烯纳米材料氧化石墨烯粉末经分散可以呈现单层悬浮液状态。

随着科技的快速发展，热管理系统越来越多地应用于现代工业、电子设备等多个领域，在热能的分散、转换与存储过程中发挥着重要作用。其中，热管理材料是热管理系统的**，因此，设计和制备具有高热导率的新型热管理材料成为了促进科技发展的关键问题之一。在众多导热材料中，石墨烯由于具有髙达５３００Ｗｎｒ１１Ｃ１的本征热导率、优异．的机械性能而受到人们的***关注，被认为是新型热管理材料的理想选择。在之前的研究中，石墨烯片在复合材料中往往呈无规分散的状态，体系内热阻较大，从而导致复合材料的热导率处于较低水平。预先构筑石墨烯三维结构能够有效降低界面热阻及接触热阻，但是距离理论值仍有较大差距。为了进一步解决存在的问题，本课题主要通过冷冻铸造法来构筑有序排列的***石墨烯三维网络结构，并制备相应的相变储能材料和散热材料

当今社会日益增长的能源与环境需求对储能电池技术的发展既是机遇也是严峻的挑战。纳米碳材料如碳纳米管与石墨烯因其优异的导电能力、良好的机械性能以及独特的形貌与结构特征在储能电池技术领域中的应用越来越普遍。本文通过综述近年来碳纳米管与石墨烯分别作为锂离子电池的复合电极材料、负极活性材料、导电添加剂以及新型锂硫电池用复合导电载体的***应用进展，重点讨论了这两类纳米碳材料的不同应用模式对储能电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时对目前研究中存在的问题进行了总结，并对未来发展方向，如开发低成本与环境友好的高质量材料合成技术、提升材料的分散能力以有效构筑复合电极结构以及开发新的应用模式等进行了展望。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物。

从化学结构可以看到，石墨烯具有垂直于晶面方向的大π键，此结构决定了其具有优异的电化学性能，在室温下的导热系数可高达５３００Ｗ·（ｍ·Ｋ）－１，能够比肩比较好的碳纳米管导热材料。常温下其电子迁移率甚至高于碳纳米管和硅晶体，属于世界上电阻率**小的材料。此外，石墨烯还具有完全敞开双表面的结构特性，也就是说它类似于不饱和有机分子，能够进行一系列的有机反应，能够与聚合物或无机物结合，从而提升材料的机械性和导电导热性。深入这方面的研究，对石墨烯进行官能团修饰，能够使其化学活性更加丰富［３－４］。由于石墨烯具有上述的结构特性，越来越多的研究者开始着眼于以石墨烯为基底的合成材料。氧化石墨烯悬浮液可以用于锂电池负极改性。改性氧化石墨烯纳米材料

石墨烯环氧树脂纯度高、电性能优异且硬度和柔韧性佳。改性氧化石墨烯纳米材料

真空抽滤法是一种制备石墨烯薄膜的**常见方法。由于氧化石墨烯的片层含有大量羧基、羰基等亲水性含氧官能团，并且片层间具有静电相互作用不容易团聚，因此在不借助分散剂的情况下也能在水溶液中分散均匀，从而形成稳定的分散液，非常有利于真空抽滤过程中片层的紧密排列［４３，４４］。Ｌｉｕ［４５】等人采用真空抽滤法制备了具有有序排列结构和高密度的ＧＯ／ＰＤＡ复合膜。在ＧＯ／ＰＤＡ复合膜中，ＧＯ的含氧官能团与ＰＤＡ的胺基之间存在氢键相互作用，并且ＰＤＡ对ＧＯ具有还原的作用。在经过３０００°Ｃ高温处理之后，ＰＤＡ被转化为具有***石墨晶体结构的ＣＰＤＡ纳米颗粒（ＣＰＤＡＮＰｓ），对石墨烯片层起到了增强的作用，从而使复合膜的拉伸强度、电导率和热导率改性氧化石墨烯纳米材料