氮掺杂石墨烯制备及其应用研究进展

编号：CPJS06457

篇名：氮掺杂石墨烯制备及其应用研究进展

作者：康婉文 全海燕 黄永浩 罗品 梁耀恒 钟碧琪 李政 朱武青 莫昌泳 吴基平 廖宏杰 王晓文 陈东初 张敏 户华文

关键词： 氮掺杂石墨烯 氧化石墨烯 改性 功能化 杂元素原子

机构： 佛山科学技术学院 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室

摘要： 石墨烯作为物理、化学、生物医药、材料科学等学科领域的一大研究热点,它存在以下几个方面的局限性而在一定程度上限制了它的广泛应用:1) 理想石墨烯材料具有的零带隙电子结构限制了它在光电领域的应用,2) 具有高表面能的石墨烯片层极易团聚而致使其散失所特有的诸多优异性能,3) 由于与其它材料的界面结合牢度不够,表面呈现惰性的石墨烯片层不易与其它材料复合。为了使石墨烯材料获得更加广泛的应用,功能化改性处理一直都被作为一个研究热点而被广泛深入研究。功能化石墨烯不仅可以利用石墨烯诸多本征优异性能,还可以赋予其新的结构及功能,从而实现更广泛的应用。调控石墨烯物理化学性质的热门方法之一是通过利用像无机非金属原子等异质原子进行掺杂处理,使石墨烯重组子晶格结构,打破其原有的对称性和规则嵌套结构。氮原子具有相比于其它无机非金属原子更接近碳原子的大小,故与石墨烯有着更好的相容性,易于掺杂进入石墨烯的晶格中而获得稳定的氮掺杂石墨烯(NG)材料。更重要的是,氮元素的掺入将会产生N-C键,其中毗邻N原子的C原子将会带有更多的正电荷,从而能有效增强石墨烯材料的电负性,这种电子吸附性的增强可为氧化还原反应创造更佳的催化条件,这些特性使得NG的研究及应用成为了各领域的重要方向。本论文综述了近几年NG的制备方法,分析比较了各制备方法的优缺点,并对其现阶段研究瓶颈问题和在催化、超级电容器、光催化、生物传感、抗菌等应用方向进行了总结性展望。本综述论文将为开发更多高性能NG基材料用于解决各科技和工业领域基础理论和实际技术问题和挑战具有一定参考价值。