石墨烯是由碳原子构成具有片状结构的新型纳米材料（结构示意图如图），可通过剥离石墨而成，具有极好的应

1. 石墨烯是由碳原子构成具有片状结构的新型纳米材料（结构示意图如图），可通过剥离石墨而成，具有极好的应

A．石墨烯只有一种元素碳，所以是碳的一种单质不是化合物，故A错误；B.0.0012kg石墨烯的物质的量=0.0012×100012=0.1（mol），含质子数=0.1mol×6×NA=0.6NA，故B正确；C．石墨和石墨烯都是碳的两种单质，是纯净物，都不具有丁达尔效应，故C错误；D．石墨和石墨烯是两种不同的碳单质，所以剥离石墨生成石墨烯是化学变化，故D错误；故：选B．

2. 石墨烯是由碳原子构成具有片状结构的新型纳米材料(结构示意图如下)，可通过剥离石墨而成，具有极好的应用

     B         试题分析：有机物即有机化合物。含碳化合物(一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、金属碳化物、氰化物除外)或碳氢化合物及其衍生物的总称。而石墨烯只含有碳元素属于应属于单质，A错。1.2ｇ石墨烯是０.１mol，所以质子的物质的量是0.6mol,所以B正确。石墨烯虽然是纳米材料但是表面必须吸附带电的离子分散到分散剂才能形成胶体，所以直接用丁达尔现象不能区分C错。由石墨到石墨烯生成了新的物质属于化学反应D错。    

3. 石墨烯制备

1．1微机械剥离法
石墨烯最早是通过微机械剥离法制得的。2004年，曼彻
斯特大学Geim等[1]用胶带从石墨上剥下少量单层石墨烯片，
成为石墨烯的发现者，并引发了新一波碳质材料的研究热潮。
该法虽然可以获得质量较好的单层和双层石墨烯，能部分满
足实验室的研究需要，但产量和效率过低，高质量的石墨烯的
规模制备成为人们追求的目标。
1．2氧化石墨还原法
近年来，人们不断的探索新方法以提高石墨烯的产量，其
中氧化还原法由于其稳定性而被广泛采用。这种方法首先制
备氧化石墨∞]，先将石墨粉分散在强氧化性混合酸中，例如浓
硝酸和浓硫酸，然后加入高锰酸钾或氯酸钾强等氧化剂得到
氧化石墨，再经过超声处理得到氧化石墨烯，最后通过还原得
到石墨烯。
然而，氧化过程会导致大量的结构缺陷，这些缺陷即使经
1100℃退火也不能完全被消除，仍有许多羟基、环氧基、羰基、
羧基的残留。缺陷导致的电子结构变化使石墨烯由导体转为半导体，严重影响石墨烯的电学性能，制约了它的应用。但是
含氧基团的存在使石墨烯易于分散在溶剂中，且使石墨烯功
能化，易于和很多物质反应，使石墨烯氧化物成为制备石墨烯
功能复合材料的基础。1．3石 墨层间化合物途径
石墨插层复合物是以天然鳞片石墨为原料，通过在层间
插入非碳元素的原子、分子、离子甚至原子团使层间距增大，
层间作用力减小，形成层间化合物。有人曾在膨胀石墨中加
入插入剂，并利用热振动或酸处理使它部分剥离，从而得到石
墨片或石墨烯[6-8]。但该法得到的石墨烯大小不一，尺寸难以
控制。
如果某种溶剂与单层石墨的相互作用超过石墨层与层之
间的范德华力，那么即可通过嵌入溶剂将石墨层剥离开。Li
等通过热膨胀使石墨层间距增大，再用发烟硫酸插层进一步
增大层间距，最后加入四丁基氢氧化铵，经超声、离心得到稳
定分散在有机溶剂中的石墨烯[9]。借鉴分散碳纳米管的方
法，在极性有机溶剂中超声处理石墨粉也可以得到多层(<5)的石墨烯。Lotya等通过在水一表面活性剂中超声剥离石墨，
得到稳定的石墨烯悬浮液[1…。
与氧化石墨法相比，石墨插层化合物途径制得的石墨烯
结构缺陷少，质量高，但是有机溶剂和表面活性剂难以完全除
去，影响石墨烯的电学性能，而且部分有机溶剂价格昂贵。
1．4沉积生长法
沉积生长法通过化学气相沉积在绝缘表面(例如SiC)或
金属表面(例如Ni)生长石墨烯，是制备高质量石墨烯薄膜的
重要手段。有研究者通过对Si的热解吸附，实现了在以si终
止的单晶6H—SiC的(0001)面上外延生长石墨烯膜或通过真
空石墨化在单晶SiC(0001)表面外延生长石墨烯。Hannon
等[11]在SiC表面上外延生长了石墨烯膜，但是由于SiC在高
温下易发生表面重构，导致表面结构复杂，难以获得大面积、
厚度均一的石墨烯膜。Emtsev等[12]在氩气中通过前位石墨
化在si终止的SiC(0001)表面制备出了单层石墨烯薄膜，薄
膜的厚度和质量都有所提高。
近年来，以金属单晶或薄膜为衬底外延生长石墨烯膜的
研究取得很大进展。Sutter等[13]在Ru(0001)表面逐层控制地外延生长了大面积的石墨烯膜，制备过程中，首层石墨烯与
金属作用强烈，而从第二层起就可以保持石墨烯固有的电子
结构和性质。Coraux等[14]利用低压气相沉积法在Ir(111)表
面生长了单层石墨烯膜。采用类似的方法，在Cu箔表面也能
制备出大面积、高质量石墨烯膜，而且主要为单层石墨烯。而
韩国科学家则在多晶Ni薄膜上外延生长了石墨烯膜[1…，他们
先在si-sio§衬底上生长出300nm厚的Ni，然后在1000(C的
甲烷气氛中加热

4. 石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，自2004年发现

     B         试题分析：根据题意分析。A、石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，故石墨烯是单质，正确；B、石墨烯是由碳原子构成的，不是由分子构成的物质，错误；C、碳单质充分燃烧，都生成二氧化碳，正确；D、由石墨具有导电性，可知从石墨材料中剥离出的石墨烯也具有导电性，正确。故选B点评：熟练掌握碳单质的物理性质和化学性质，是解答本题的关键，只有这样才能对问题做出正确的判断。    

5. 石墨烯为什么要与无机物制备复合材料

1，扫描电镜看的是样品的局部区域，可能你看到的样品区域刚好就没有石墨烯。
2，你的样品为符合才能，可能在复合材料制备过程中，石墨烯的结构已经被破坏，所以看不到。
3，复合材料中的石墨烯含量本身就极少，需要在SEM下找很多区域，也许能看到。
．基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述．

一、基于石墨烯的复合物
利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用．

1.1 石墨烯与高聚物的复合物
功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用．
添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6%的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件．

6. 石墨烯不仅比钢更坚固，还具有无数有趣的化学、电子和机械特性

石墨烯一直是多个领域无数研究努力的焦点，石墨烯是一种多功能材料，由二维(2D)碳网络组成，即一层厚度为一个原子的薄层碳。石墨烯不仅比最坚固的钢更坚固，而且还具有无数有趣的化学、电子和机械特性，这让科学家们怀疑其他材料的类似二维网络结构是否也可以具有如此有用的性能。新研究报道的一种新二维材料硼苯，一种石墨烯的类似物，由硼原子而不是碳原子组成。然而，正如人们对于任何材料二维片材所期望的那样，硼苯的合成被证明很具有挑战性。
  
 
  
 研究人员要么使用底物使硼苯更稳定，要么将硼与羟基(OH-)偶联，以防止原子的平坦性。在东京理工学院新进行的一项研究中，包括Tetsuya Kambe、Akiyoshi Kuzume和Kimihisa Yamamoto在内的一个研究小组，通过简单基于溶液的方法，合成了原子扁平的氧化硼片。
  
 
  
 首先，使用硼氢化钾盐(KBH4)通过相当简单的工艺合成了层叠氧化硼。X射线分析揭示了该材料的二维层状结构，其中硼原子层形成了以氧原子为桥梁的六角形二维网络，并与含有钾原子的层进行了插层。随后的步骤是找到一种方法来原子剥离氧化硼网络的薄层。
  
 
  
 研究人员通过将材料放入二甲基甲酰胺中实现了这一目的，二甲基甲酰胺是一种常用的有机溶剂。进行了各种类型的测量以验证剥离片材结构，包括电子显微镜、光谱学和原子力显微镜。结果证实，所提出的方法，对于生产所需原子扁平氧化硼苯片是有效的。最后，研究人员进行了电阻率测量，以分析叠层硼苯薄片的导电特性，并发现了一个有趣的特征，称为各向异性。这意味着，根据电流方向的不同，薄片表现出不同类型的导电性。该材料在平面间方向上表现为半导体，而在硼网络结构平面内方向上表现出类似金属的行为。
  
 
  
 这两种类型传导行为背后的机制也得到了阐明。重要的是，硼片可以在一般环境条件下很容易地处理，这项开创性研究可能会促使硼苯的实际应用。寻找合成硼苯和硼苯基化合物的简便方法，对于进一步研究这种有趣材料及其潜在用途至关重要。和石墨烯一样，硼苯预计将具有独特的性能，包括可以在各种领域开发非凡的机械特性和金属行为。研究人员希望，未来对二维材料的发现和发展将使研究人员能够利用其奇异特性，并定制二维材料以适应特定的需要。

7. 进展｜大面积高质量氢化石墨烯的构筑及物性研究取得进展

 石墨烯的发现以及其具有的独特性质和巨大的应用价值激发了人们对其他二维材料的研究热情。通过外来原子与本征石墨烯中的碳原子化学成键获得石墨烯功能化材料以及构筑新型类石墨烯二维原子晶体是扩充二维材料库重要途径之一。例如，所有碳原子与氢原子双面成键形成全氢化石墨烯结构, 又称为“石墨烷”(graphane)；氢原子和碳原子为1:2的单面氢化石墨烯，文献报道中称为“graphone”。然而，目前在实验上制备大面积高质量的氢化石墨烯的工作仍很稀少，实现材料结构和物性的调控仍很困难。
   最近, 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧院士研究团队的陈辉、包德亮（共同第一作者）和杜世萱研究员（共同通讯作者）等通过实验与DFT理论计算发现，在Ru(0001)上石墨烯摩尔超晶格模板可以制备晶态三分之一氢化石墨烯，且尺寸很大质量很高。相对于氢化前的石墨烯样品，在石墨烯对应的低能电子衍射（LEED）点阵的√3 × √3/R30°位置出现了新的一套格点(图1)。氢化后石墨烯的拉曼（Raman）光谱中石墨烯晶格的G和2D特征峰恢复，预示着Ru基底与石墨烯之间的界面有氢原子存在并有效地减弱了石墨烯与金属基底的强相互作用（图1）。进一步扫描隧道显微镜（STM）研究发现，氢原子与石墨烯晶格中√3 × √3/R30°位置的碳原子化学成键形成长程有序的双面氢化结构（图2）并延展到整个4mm ×4mm表面。其中碳氢比为三比一，因此称之为三分之一氢化 石墨烯。理论计算发现，三分之一石墨烯能带结构中展现各向异性，即在某一对称性方向上展现具有狄拉克锥的半金属性质，而其他对称性方向上展现具有能隙的半导体性质（图3）。该工作是目前实验报道的最大面积的晶态氢化石墨烯，为制备大面积石墨烯功能化衍生材料以及相关性质应用的研究提供了新的思路。相关研究结果发表在Advanced Materials, 30, 1801838 (2018)上。
   上述研究工作得到了 科技 部（2013CBA01600, 2016YFA0202300, 2016YFA0300904）、国家自然科学基金委（61390501, 61725107, 51572290, 11334006，51761135130）和中国科学院的资助。
    相关链接：https://doi.org/10.1002/adma.201801838 
      图1. 厘米尺寸晶态三分之一氢化石墨烯的制备示意图、LEED、Raman光谱和大面积STM图像。
      图2. 晶态三分之一氢化石墨烯高分辨STM图、结构模型及STM模拟。
      图3. 晶态三分之一氢化石墨烯dI/dV谱及DFT计算的能带结构与态密度图。
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8. 科普丨石墨烯复合材料的应用

谈到石墨烯，貌似谁都能搭上两句，然而石墨烯的神奇之处到底在哪里，似乎并不为大多数人所熟知。石墨烯在面内的杨氏模量接近1 TPa，其碳碳键具有相当的刚度，且单原子超薄层状特性使得其在弯曲、扭曲和其它形变中表现出良好的柔性。在已知材料中，其面内电导和热导率是最高的，但层间的各项性能就不那么好了。
  
 碳纳米管可以看做将石墨烯平面卷起，将平面内性质转化为轴向的一种材料，其轴向强度是最高的。因此与石墨烯类似，碳纳米管也易于进行弯曲、扭曲等形变。与多层石墨烯类似，碳纳米管也有单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNTs)]等嵌套结构，其机械性能等有显著区别。
     
 作为所谓的“万金油”，碳纳米管或石墨烯复合材料是近年来研究热点中的热点，应用前景令人期待。然而，近二十年的研究并没有让碳纳米管和石墨烯复合材料大规模进入实用领域，载荷转移、界面、分散性和粘度等问题依然悬而未决。
     
 石墨烯负载的复合材料：在石墨烯表面引入第二组分并在其表面进行外延伸展得到的复合材料。
  
 石墨烯包裹的复合材料：用石墨烯片将第二组分包裹得到的复合材料，可以更有效地防止第二组分的聚合。
  
 石墨烯内嵌的复合材料：将石墨烯纳米片作为填充物充分分散在第二组分的基体相中得到的复合材料。其中，基体相可以是纳米材料，也可以是块体材料组成。基于石墨烯的层状复合材料：将第二组分和石墨烯片交替堆积而成，该结构可以使石墨烯与第二组分的接触面积最大化，并有利于电子的产生、传输和分离。