摘要石墨烯和氧化石墨烯由于特殊的電子、光學、力學性能已成為當今科學研究的熱點.重點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展.首先介紹了石墨烯、氧化石墨烯的基本結構與性質(zhì).然后將表面功能化分為非共價鍵結合改性、共價鍵結合改性和元素摻雜改性.非共價鍵結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.元素摻雜改性分為N、B、P等不同元素的摻雜功能化.總結了石墨烯、氧化石墨烯基體與改性分子的相互作用和反應類型,以及改性產(chǎn)物的性能與應用.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測.

　　引言

　　2010年,諾貝爾物理學獎授予了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,屬二維結構,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,也可平行堆徹構成三維結構的石墨.石墨烯具有優(yōu)異的力學性能、熱學性能和電學性能、電化學性能、大比表面積和高透明度等特殊的理化特性,使其在新型復合材料、光電材料、生物傳感器、催化劑、藥物傳輸?shù)缺姸囝I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:機械剝離法、熱膨脹剝離法、電化學法、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構,表面含有大量的活性基團,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,如電化學活性較弱,容易發(fā)生團聚,不易加工成型等,極大地限制了石墨烯的應用.因此,石墨烯和氧化石墨烯的功能化改性對拓展其應用就顯得至關重要.關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,既有側重功能化修飾方法(物理修飾、化學修飾),也有側重功能化產(chǎn)品的性能與應用.

　　對石墨烯或氧化石墨烯的功能化都是基于其本征結構進一步修飾.本文從石墨烯和石墨烯的本征結構(化學鍵、官能團)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構與性質(zhì),將基于表面結構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、共價鍵結合的功能化改性和元素摻雜改性.接著,對典型反應類型的反應過程和反應條件及其研究方法作了詳細的歸類和系統(tǒng)的總結.最后,對石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性作了展望.