摘要石墨烯和氧化石墨烯由于特殊的電子、光學(xué)、力學(xué)性能已成為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn).重點(diǎn)綜述了近年來石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性研究進(jìn)展.首先介紹了石墨烯、氧化石墨烯的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì).然后將表面功能化分為非共價鍵結(jié)合改性、共價鍵結(jié)合改性和元素?fù)诫s改性.非共價鍵結(jié)合的功能化改性分為四類:π-π鍵相互作用、氫鍵作用、離子鍵作用以及靜電作用.共價鍵結(jié)合的功能化改性分為四類:碳骨架功能化、羥基功能化、羧基功能化和環(huán)氧基功能化.元素?fù)诫s改性分為N、B、P等不同元素的摻雜功能化.總結(jié)了石墨烯、氧化石墨烯基體與改性分子的相互作用和反應(yīng)類型,以及改性產(chǎn)物的性能與應(yīng)用.最后對石墨烯和氧化石墨烯在表面功能化改性方面的發(fā)展前景作了展望和預(yù)測.

　　引言

　　2010年,諾貝爾物理學(xué)獎授予了Geim和Novoselov以表彰他們在石墨烯材料方面的開創(chuàng)性研究.石墨烯是目前自然界發(fā)現(xiàn)的最薄材料,屬二維結(jié)構(gòu),單層厚度僅有0.3354nm.它可以通過卷曲形成零維富勒烯、一維碳納米管,也可平行堆徹構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)的石墨.石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和電學(xué)性能、電化學(xué)性能、大比表面積和高透明度等特殊的理化特性,使其在新型復(fù)合材料、光電材料、生物傳感器、催化劑、藥物傳輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域中有著巨大的潛在價值.

　　制備石墨烯及氧化石墨烯的方法主要有:機(jī)械剝離法、熱膨脹剝離法、電化學(xué)法、氣相沉積法、晶體外延生長法和氧化還原法以及其它方法.氧化石墨烯具有和石墨烯相似的平面結(jié)構(gòu),表面含有大量的活性基團(tuán),如羥基(-OH)、環(huán)氧基[-C(O)C-]、羰基(-C＝O)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)等.由于石墨烯自身的不溶性以及片層之間存在范德華力和π-π堆積作用,通常情況下石墨烯在水和有機(jī)溶劑中易發(fā)生不可逆的聚集和沉淀.

　　單一組分的石墨烯材料本身存在一定的局限,如電化學(xué)活性較弱,容易發(fā)生團(tuán)聚,不易加工成型等,極大地限制了石墨烯的應(yīng)用.因此,石墨烯和氧化石墨烯的功能化改性對拓展其應(yīng)用就顯得至關(guān)重要.關(guān)于石墨烯的功能化研究已經(jīng)有了廣泛的研究,并且已經(jīng)發(fā)表了系列優(yōu)秀的綜述,既有側(cè)重功能化修飾方法(物理修飾、化學(xué)修飾),也有側(cè)重功能化產(chǎn)品的性能與應(yīng)用.

　　對石墨烯或氧化石墨烯的功能化都是基于其本征結(jié)構(gòu)進(jìn)一步修飾.本文從石墨烯和石墨烯的本征結(jié)構(gòu)(化學(xué)鍵、官能團(tuán))出發(fā),分類介紹功能化改性方法.首先,介紹了石墨烯和氧化石墨烯的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì),將基于表面結(jié)構(gòu)特征的功能化改性分為三種情況:非共價鍵作用的功能化改性、共價鍵結(jié)合的功能化改性和元素?fù)诫s改性.接著,對典型反應(yīng)類型的反應(yīng)過程和反應(yīng)條件及其研究方法作了詳細(xì)的歸類和系統(tǒng)的總結(jié).最后,對石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性作了展望.