题目：石墨烯基纳米复合材料的合成与应用

自从2004年石墨烯被发现以来，关于石墨烯基纳米复合材料制备及应用的研究受到了越来越多的关注。本论文以化学氧化还原法制备的石墨烯及其复合材料为主要研究对象，以应用为导向，注重合成方法的探索，运用简单的湿化学方法合成了一系列结构特殊、性能优异的石墨烯基纳米复合材料，运用 SEM、TEM、AFM、XRD、XPS、红外光谱、热重等多种表征手段分析了材料的形貌、组成、结构，并对所制备材料的应用性能进行了研究。取得的研究成果如下： 1. 在可用于锂离子电池的石墨烯/二氧化锡纳米复合材料的研究方面：(1)、开发了一种可便捷、低成本、绿色地合成石墨烯/二氧化锡纳米复合材料的方法，二甲亚砜/水混合溶液在做为溶剂的同时，还能发挥反应剂和还原剂的作用，结合水热还原，一步法实现了氧化石墨烯的还原和在石墨烯上原位沉积二氧化锡纳米颗粒的过程。相较单一的二氧化锡纳米颗粒，复合材料表现出明显提高的锂电性能。我们开发的方法是一种通用的合成方法，可用于指导其它石墨烯/金属氧化物纳米复合材料的合成。（2）、开发了一种制备石墨烯/二氧化锡纳米复合材料薄膜柔性电极的方法，利用易于制备和获取的氧化石墨和商用氧化锡纳米颗粒为原料，通过简单的抽滤制膜并结合高温热还原的方法，制备了一种柔性石墨烯/二氧化锡纳米复合材料薄膜。由于石墨烯良好的机械性能和延展性，可以在一定程度上解决氧化锡纳米颗粒在充放电过程中体积膨胀引起电极粉化的问题，与单一的氧化锡纳米颗粒相比，复合材料薄膜显示出更好的充放电循环性能。由于在复合材料中添加进了高容量的二氧化锡纳米颗粒，与单一的石墨烯薄膜相比，复合材料薄膜显示出更高的储锂容量。复合材料薄膜优异的性能显示出其在柔性储能装置（如：可穿戴电子装置、柔性显示器）领域巨大的潜在应用价值。 （3）、开发了一种制备石墨烯/二氧化锡宏观三维气凝胶材料的方法，Sn2+被用做还原剂来还原氧化石墨烯，并且在还原过程中还可以起到引导石墨烯自组装的作用。一步实现了氧化石墨烯的还原，在石墨烯上原位沉积二氧化锡纳米颗粒，石墨烯自组装成凝胶的过程。所制备的复合材料气凝胶表现出优异的锂电性能。（4）、开发了一种可便捷、经济、绿色地制备氮掺杂石墨烯/超小尺寸氧化锡纳米颗粒纳米复合材料的方法，并将所制备的复合材料利用抽滤成膜的方法直接沉积在锂离子电池隔膜上面，制成了一种新型柔性锂离子电池电极。开发的合成方法可用于指导合成其它氮掺杂石墨烯/小尺寸金属氧化物纳米复合材料。我们首次将隔膜用做一种柔性基底来沉积石墨烯基复合材料，在制备柔性电极的过程中不需要另外的集流体、粘结剂和导电剂。复合材料薄膜优异的锂电性能显示出其在柔性储能装置领域巨大的潜在应用价值。 2. 在石墨烯与其它半导体（溴化银）和贵金属（金、钯）纳米复合材料研究方面：(1)、制备了一种石墨烯/金纳米颗粒纳米复合材料，并结合结构转换的生物核酸适配子，开发了一种石墨烯/金纳米复合材料基适配子生物传感器，可以对目标物L-组氨酸进行高灵敏度的检测，检测限达到0.1 pM, 并且表现出非常良好的选择性。相较单一的金纳米颗粒，我们开发的生物传感器显示出较宽的检测范围。（2）、在二甲亚砜/乙醇混合溶剂体系中，在不添加任何封端剂的情况下，一步法直接在氧化石墨烯上原位沉积了均匀分散的钯纳米颗粒。表明氧化石墨烯是一种非常好的钯纳米颗粒的载体。所制备出的氧化石墨烯/钯纳米复合材料显示出非常好的有机催化活性，可以对suzuki反应进行高效的催化，并且在循环利用过程中能保持较好的催化活性。我们的合成方法可用于便捷、经济、绿色地合成其它氧化石墨烯/贵金属纳米复合材料。 （3）、合成了一种良好石墨化的石墨烯/溴化银纳米复合材料，在制备过程中成功地解决了氧化石墨烯在被还原成石墨烯的过程中缺陷增多的问题，所制备出的复合材料显示出优异的光催化性能。相较单一的溴化银，光催化性能有非常大的提高。复合材料光催化性能的提高是由于复合材料中良好石墨化的石墨烯可以很好地发挥半导体光催化剂光生电子迁移介质的作用，很好的解决了半导体光催化剂光生电子和空穴容易复合的问题，使其光催化性能大大提高。3．发明了一种制备石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料宏观三维气凝胶的方法。该方法可以用来便捷、经济、绿色地制备功能化的石墨烯气凝胶。利用一种典型的聚合电解质—聚乙烯亚胺作为还原剂和功能化剂，在温和的条件下一步实现了氧化石墨烯的还原、功能化和自助装过程。所制备出的功能化的石墨烯气凝胶对有毒的甲醛气体显示出非常优异的吸附性能。4. 开发了一种可用于癌症标记物（血小板衍生生长因子）检测的氧化石墨烯基荧光响应能量转移光谱适配子生物传感器。由于氧化石墨烯高效的荧光淬灭效率、特殊的结构和电学性质，所开发的适配子生物传感器可对目标物进行高灵敏度、高专一性的检测，此传感器可用于实际样品分析，这种方法还可以被用来对其它癌症相关蛋白进行检测。