1 上海理工大学 光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
二维材料具有高折射率和高透光率等优异光学特性，利用激光加工氧化石墨烯材料，会发生还原反应并生成具有类石墨烯材料特性的还原氧化石墨烯，这使得基于氧化石墨烯材料设计菲涅耳透镜成为可能。相较于传统的光学透镜及微型光学透镜，这一设计将透镜的尺寸从厘米级缩减到纳米级。针对工作波长532 nm设计了基于氧化石墨烯薄膜的菲涅耳透镜，通过瑞利–索末菲衍射理论及电磁场数值仿真测试了菲涅耳透镜的聚焦效果，并且通过滴铸法制备了氧化石墨烯薄膜（约500 nm），在薄膜上用激光加工菲涅耳透镜，最终得到透镜聚焦光斑直径2.14 μm，聚焦效率41.2%。相比旋涂法制备氧化石墨烯薄膜，滴铸法制备氧化石墨烯具有效率高、价格低廉的优点。该设计为纳米级的基于氧化石墨烯的光学系统的集成化和大规模生产提供了可能。
氧化石墨烯 菲涅耳透镜 激光加工 还原氧化石墨烯 graphene oxide Fresnel lens laser processing reduced graphene oxide
1 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁 阜新 123000
2 辽宁省矿物高值化与储能材料重点实验室，辽宁 阜新 123000
以商业纳米Si颗粒(60 nm)和天然鳞片石墨为原料，采用静电原位自组装和水热还原的方法，设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯(Si/rGO)纳米复合材料，以该复合材料为锂离子电池负极材料，研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性能及储能机理。结果表明：纳米Si颗粒均匀地分布在rGO三维笼状导电网络结构中，在锂离子嵌入/脱出过程中，该网络结构有效地抑制了纳米Si颗粒的体积膨胀，并且提供了更多的离子传输通道。在0.1 A/g电流密度下，Si/rGO纳米复合材料的首次放电比容量达到了1 246 mA·h/g，第5次循环Coulombic效率为98.2%，容量保持率达到95.5%，表明纳米复合材料具有较快的稳定性。200次循环后，可逆容量保持在852 mA·h/g，Coulombic效率稳定在99.9%，容量保持率达到68.4%。
硅/还原氧化石墨烯 三维导电网络结构 储锂性能 负极材料 silicon/reduced graphene oxide nanocomposite three-dimensional conductive network structure lithium storage performance anode material
哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨 150001
本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似下, 分别建立了具有不同碳氧比的“铝/氧化石墨烯/铝(Al/GO/Al)”界面模型以及含缺陷“Al/GO/Al”三层界面模型。探讨了含氧官能团和单空位缺陷、双空位缺陷以及拓扑缺陷对还原氧化石墨烯增强铝基复合材料界面性质的影响。研究结果表明: 在“Al/GO/Al”界面模型中, 环氧基优于碳原子而与铝原子产生明显的电荷交互作用, 氧原子净电荷为-0.98 e, 铝原子净电荷为0.46 e, 环氧基有利于复合材料中还原氧化石墨烯与铝基体之间的界面结合。当缺陷存在时, 含缺陷的“Al/GO/Al”界面模型中缺陷处碳原子净电荷在-0.05 e至-0.38 e区间, 环氧基与碳原子之间存在较弱的相互作用, 与铝原子间相互作用明显较强。环氧基抑制了空位缺陷处碳原子与铝原子之间的反应, 可保护含空位还原氧化石墨烯中碳原子结构的完整性。本研究可为开发高性能Al/GO/Al基复合材料提供理论指导。
第一性原理 还原氧化石墨烯/铝复合材料 氧化石墨烯/铝界面模型 界面性质 first principle reduced graphene oxide/aluminum composite graphene oxide/aluminum interface model interface property
1 哈尔滨理工大学理学院，哈尔滨 150080
2 佛山(华南)新材料研究院，广东 佛山 528200
开发利用太阳能解决日益严重的环境危机迫在眉睫，为了提高对太阳光的利用率和光催化剂的性能，采用原位生长并结合表面静电吸附的方法制备三元复合材料，先利用水热合成MoS2/RGO二元异质结复合材料，再根据材料等电点调变溶液pH值制造MoS2与Fe2O3表面电荷同性、而与RGO表面电荷异性，进而构筑MoS2/RGO/Fe2O3全固态Z-Scheme光催化剂。通过扫描电镜和透射电子显微镜观察发现，MoS2纳米花球和Fe2O3纳米颗粒均匀分布在二维片层结构的电子介体RGO表面，MoS2和Fe2O3分别与RGO形成稳定的异质结构，充分证明此种方式构建复杂三元复合材料的可行性。RGO基全固态Z-Scheme光催化剂在模拟太阳光照射下具有优异的光催化还原降解性能，以无机重金属Cr (VI)溶液作为降解指示剂，60min内全固态Z-Scheme光催化剂中活性最佳的为MR0.43F试样，其光还原降解效率是二元复合材料MoS2/RGO的1.5倍。这种全固态Z-Scheme光催化剂兼具宽光谱吸收、高效光生载流子分离效率和表面化学反应效率，改性后的光催化性能得到显著提升，这一光催化设计路线为水环境处理及清洁能源制备提供了新方向。
还原氧化石墨烯 二硫化钼 三氧化二铁 光催化 reduced graphene oxide molybdenum disulfide ferric oxide photocatalyst
上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海 201418
SnO2作为锂离子电池负极材料，因其储量丰富、放电电位低(小于1.5 V)、理论容量高等优点而被广泛研究。然而，SnO2的电导率差，且在锂离子脱嵌过程中会产生巨大的体积膨胀(300%)，导致其倍率性能和循环稳定性差，限制了其实际应用。以SnCl2、L-抗坏血酸和氧化石墨烯(GO)作为反应物，采用一步水热法制备了SnO2@C/rGO纳米复合材料。由L-抗坏血酸缩聚成的无定形碳可作为间隔剂有效抑制石墨烯(rGO)片层间的堆积，且可作为胶合剂将SnO2纳米颗粒锚定于rGO片层之上，有效提高了电极的循环稳定性。在电流密度为0.1 C(1 C=783 mA/g)时，180次循环后容量为731 mA·h/g，在5 C的大电流下可逆容量达410 mA·h/g。上述研究结果为高性能SnO2负极材料的制备提供了新的科学途径。
锂离子电池 负极材料 还原氧化石墨烯 无定形碳 氧化锡 lithium-ion battery anode materials reduced graphene oxide amorphous carbon tin oxide
近年来，二维材料MXene因其优异的电化学性能引起了人们的关注，被广泛应用于电化学储能领域。然而，在组装电极过程中，MXene纳米片往往会产生严重的自堆积效应从而大幅限制了其电化学性能。设计三维结构的气凝胶是解决MXene自堆积问题同时开发高性能MXene基超级电容器电极材料的关键。本文利用氧化石墨烯(GO)改善了Ti3C2Tx气凝胶的力学强度，并通过双向冷铸和冷冻干燥、温和还原的方法制备了具有双向有序结构的Ti3C2Tx/rGO复合气凝胶(A-TGA)。A-TGA具有较好的力学性能和导电性，因此可直接作为超级电容器的电极材料。同时，双向有序的独特结构为电解质离子提供了无阻碍的传输通道，大幅提升了气凝胶的电化学性能。A-TGA在电流密度为1 A·g-1时的比电容为370 F·g-1，在100 mV·s-1扫速下经过5 000次循环后，电容保持率高达94%，表现出优异的循环稳定性。
碳化钛 还原氧化石墨烯 双向有序结构 超级电容器 电极材料 气凝胶 三维结构 Ti3C2Tx rGO bidirectionally aligned structure supercapacitor electrode material aerogel three-dimensional structure
二氧化氮气体是一种常见的大气污染物, 对自然环境和人类健康造成严重的危害, 开发检测该类有毒有害气体的高效检测设备势在必行。新型复合薄膜气体传感器可以在常温下对二氧化氮进行高选择性、高灵敏度检测, 为自然环境和人类健康保驾护航。本工作采用化学沉淀法和超声法制备了多孔、高比表面积的ZIF8/还原氧化石墨烯(ZIF8/rGO)复合材料, 以此为气敏材料构建NO2传感器, 并系统研究了其在室温下对NO2的气敏性能, 进一步探讨了ZIF8/rGO气敏传感器感应NO2的可能机理。气敏实验结果表明：ZIF8/rGO气敏传感器对50×10-6 NO2的响应达到34.77%, 是纯rGO气敏传感器的3.2倍。ZIF8/rGO传感器在4个可逆循环测试中表现出较好的可重复性, RSD(Relative Standard Deviation)为3.9%。此外, ZIF8/rGO传感器表现出优秀的长期稳定性(RSD为2.5%)、选择性和低的检出限(3.8×10-8)。室温下灵敏感应NO2的气敏性能主要归因于ZIF8的多孔结构和超大的比表面积以及rGO的优越性能。本工作将为ZIF8/rGO作为气敏材料检测有毒有害的NO2气体提供新思路。
气体传感器 ZIF8 还原氧化石墨烯 NO2 gas sensor zeolitic imidazolate framework 8 reduced graphene oxide NO2
以六水合硝酸镍和氧化石墨烯为原料, 多孔泡沫镍为基底, 尿素为沉淀剂, 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂, 采用简单的一步水热还原法, 制备Ni(OH)2/RGO复合电极材料。对制备得到的Ni(OH)2/RGO电极材料进行形貌结构表征, 并通过循环伏安(CV)和恒电流充放电(GCD)测试研究了材料的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)分析确定了Ni(OH)2和Ni(OH)2/RGO的晶型, SEM结果表明, 丝绸状还原氧化石墨烯片有效且均匀地分布在Ni(OH)2层的表面, 在水热过程中Ni(OH)2片原位生长在泡沫镍上, 形成三维多孔多层多样化结构。与纯Ni(OH)2相比, 1 A/g下纯Ni(OH)2的比电容为1 930 F/g, 而Ni(OH)2/RGO比电容高达2 508 F/g。这些结果表明Ni(OH)2/RGO是一种很有前途的超级电容器电极候选材料。
还原氧化石墨烯 氢氧化镍 电极材料 超级电容器 协同效应 reduction of graphene oxide nickel hydroxide electrode material supercapacitor synergistic effect
