缺陷态结构:开启石墨烯特殊性质和应用之门的钥匙

作     者：刘刚铄 戴树玺 高亚鸽 顾玉宗 LIU Gangshuo;DAI Shuxi;GAO Yage;GU Yuzong

作者机构：河南大学物理与电子学院微纳光子材料与应用研究所 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2019年第33卷第19期

页      面：3219-3226页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(61875053) 河南省高校青年骨干教师(2015GGJS-023)~~ 

主　　题：石墨烯 氧化石墨烯 缺陷位点 复合材料 功能性 

摘      要：石墨烯由于具有独特的二维结构和奇特的物理性能而受到广泛关注。研究者们发现,石墨烯在自身生长或与其他材料复合的过程中,能够产生各种形态的缺陷和化学官能团等依附位点,这些缺陷态结构对石墨烯及其复合材料的特殊性能和应用起着关键作用。随着对缺陷石墨烯研究的深入,人们对石墨烯的结构缺陷进行了定义,分析了缺陷类型和产生原因,比较了有缺陷和无缺陷石墨烯材料的性能。研究发现,缺陷对石墨烯材料的性能有重要影响,使传统碳材料能够形成更多功能性材料。例如,利用缺陷石墨烯的疏松多孔性构造高性能吸附材料;利用缺陷石墨烯的高导电性构造高效能光电催化剂或电极活性材料;利用缺陷石墨烯大的比表面积使其作为生长基底构造棒状、颗粒状、花状等多层次形貌的复合材料;利用化学或物理手段对缺陷石墨烯进行可调控的功能化修饰,使其他材料借助石墨烯的高载流子迁移率和高导电性来加快其电荷转移,增强电荷的有效传输和光学性能;或者利用与半导体纳米量子点的复合打开缺陷石墨烯的能带结构,使其具有一定的带隙,这能够使石墨烯在电子电路元器件中具有更高的应用价值。石墨烯的结构特性决定着石墨烯复合材料的功能性及其应用,清晰地理解缺陷态结构对石墨烯基材料性能的影响,将有利于合理利用缺陷态对复合材料的形成和预期性能进行有目的的干预,以制备出具有特定性能和应用目标的功能性材料。本文对近年来关于缺陷结构对石墨烯性能影响的研究成果进行了分析和总结,报道了除本征石墨烯之外一些掺杂类石墨烯和石墨烯基复合材料,分析了缺陷态结构为石墨烯基复合材料带来的新特性以及缺陷态所起的作用,以期能对石墨烯缺陷态结构的进一步研究、合理利用并构造缺陷石墨烯提供一定的参考。