石墨烯因其獨(dú)特的電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱性能和高的比表面積，近年來受到化學(xué)、物理、材料、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的極大重視。石墨烯及其復(fù)合物的制備是石墨烯研究領(lǐng)域一個(gè)極其重要的課題，如何簡單、快速、綠色地制備石墨烯及其復(fù)合物，而又防止石墨烯片的聚集是石墨烯基材料得以大規(guī)模應(yīng)用的前提。目前報(bào)道的石墨烯基復(fù)合材料的制備是先將氧化石墨烯化學(xué)或熱還原成石墨烯，然后再與其他組分（或其前驅(qū)物）通過化學(xué)或物理方法復(fù)合。這一過程不但涉及高毒性化學(xué)試劑、高溫和多步反應(yīng)，還存在石墨烯片的聚集、各組分分布不可控等缺點(diǎn)。羅勝聯(lián)教授課題組直接以氧化石墨烯和金屬鹽的水溶液為原料，通過一步電沉積直接制備得到石墨烯片與金屬納米粒子交替組裝的層狀結(jié)構(gòu)，金屬納米粒子層阻擋了石墨烯片的聚集，同時(shí)又充當(dāng)石墨烯片之間的導(dǎo)電通道，使得該復(fù)合薄膜具有極高的比表面積和導(dǎo)電性。該方法無需有毒化學(xué)試劑、高溫和多步反應(yīng)過程，具有簡單、快速和綠色特點(diǎn)，可進(jìn)一步延伸制備其它石墨烯基復(fù)合材料。
該課題組合成的石墨烯基復(fù)合材料不但在電子器件、超級電容器以及傳感器方面具有巨大應(yīng)用前景，而且在環(huán)境污染控制領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力，如光催化降解有機(jī)污染物。將石墨烯與半導(dǎo)體光催化劑采用類似方法結(jié)合，石墨烯的大比表面積能極大地促進(jìn)有機(jī)污染物的吸附，提高光催化過程的傳質(zhì)效率；層層自組裝結(jié)構(gòu)具有大的界面面積，有利于催化劑光生載流子的分離與傳輸，避免光生電荷的復(fù)合，提高光電轉(zhuǎn)換效率。
羅勝聯(lián)教授課題組的研究為石墨烯基復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)控制提供了全新的手段和思路，具有重要的科學(xué)價(jià)值及應(yīng)用前景。
該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際納米材料權(quán)威期刊small (doi:10.1002/smll.201002340）上。
圖1 一步法制備石墨烯-金納米粒子復(fù)合物層狀結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯-金納米粒子的復(fù)合物薄膜的掃描電鏡圖