氧化还原石墨烯

前言： 土壤氧化还原电位仪是一种专门用于测量土壤中氧化还原势（Eh）的专业仪器，其在揭示土壤健康状况、指导农田管理和环境保护等方面具有重要价值。 产品链接https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104275/C307153.htm 一、【实时检测土壤，评估土壤环境】 土壤氧化还原电位仪可以实时准确地测定土壤的氧化还原电位值，这一参数反映了土壤环境中电子转移活动的程度。通过持续监测和分析，能够判断土壤是处于氧化还是还原状态，进而评估土壤肥力水平、污染物降解能力及微生物活性等多方面土壤健康状况。 二、【指导科学施肥与改良措施】 利用土壤氧化还原电位仪得到的数据，农业生产者可以更准确地了解土壤对养分的有效性以及潜在的重金属污染风险。据此调整施肥策略，避免过度施肥导致的土壤酸化或盐碱化问题，并采取针对性的土壤改良措施，提高农作物产量与品质，实现土壤资源的可持续利用。 三、【环保治理与生态修复的重要工具】 在土壤污染治理和生态修复领域，土壤氧化还原电位仪同样发挥着关键作用。通过对受污染土壤Eh的动态监测，可为污染物迁移转化规律的研究提供依据，指导实施有效的土壤修复方案。此外，在湿地保护、矿山复垦等领域，该仪器也能帮助科学家和工程师深入理解并调控土壤系统的氧化还原过程，促进生态环境恢复。

Exploring Interfacial Graphene Oxide Reduction by Liquid Metals: Application in Selective Biosensing布鲁克纳米表面仪器部 李勇君 博士自室温和近室温液态金属（LMs）出现以来，此类材料因其软流体性质、高电子和热导率特性而受到研究者们越来越多的关注。其中，镓及其共晶合金因其低毒性和低蒸汽压等特性成为了LMs家族的典型代表之一，其可用于驱动表面化学反应，设计纳米结构等应用。到目前为止，众多研究者已经在 LMs 表面探索了多种反应，以生成基于层状材料和纳米粒子等不同涂层，但其表面在暴露于氧的情况下易形成天然氧化层而快速钝化，形成损害LMs导电性的绝缘表面，从而限制了在电化学和电子系统中的应用。因此，在LMs表面建立导电层，以实现高导电界面是对于需要电子、电荷转移这类应用的一种有前景和十分重要的策略。2021年11月，澳大利亚新南威尔士大学和中国香港大学的研究人员通过共晶镓（Ga）-铟（In）液态金属（EGaIn）与氧化石墨烯（GO）的界面相互作用成功实现了衬底上、单独GO的还原（rGO），合成了基于rGO与LM的核-壳复合材料(LM-rGO)。进一步，研究者通过布鲁克公司的原子力显微镜（AFM）、 峰值力扫描电化学显微镜（PF-SECM）、纳米红外光谱（nanoIR）、X射线能谱（EDS）等技术系统、详细地表征和讨论了LM对GO的还原能力，LM-rGO界面的相互作用，LM的界面传递，以及LM-rGO的电化学性能等，证实了LM−rGO是一种有效的功能材料和电极改性剂。最后，研究者基于LM-rGO开发出来的纸基电极实现了抗生物干扰的多巴胺选择性传感，展示了该低成本技术的商业应用前景。该项研究工作最终以“Exploring Interfacial Graphene Oxide Reduction by Liquid Metals: Application in Selective Biosensing”为题发表在2021年11月的《ACS NANO》杂志上。原文导读：研究背景：在过去十年中，自室温和近室温液态金属（LMs）出现以来，其在治疗学、微流体学、材料合成和催化等多个研究学科中得到了广泛的应用。作为LM家族的代表，镓及其共晶合金因其低毒性和低蒸汽压而倍受关注。具体而言，Ga基LMs的可调表面特性以及柔软、动态的界面使其成为合成多种材料的理想反应介质。基于Ga的LMs的另一个独特特性与Ga的不同氧化状态有关，这使得能够在电解或电流调节中调整氧化还原介导的合成路线。在界面上，LMs通常用于两种设想的合成路线：①作为柔软的超光滑模板，然后从表面剥离目标材料，②作为反应点和稳定载体，用于生成颗粒。将所有这些优点结合在一起，基于Ga的LMs可被视为有效的功能载体，为功能化合物的保留和生成提供了多功能界面。还原氧化石墨烯 (rGO) 是常用、流行的平面材料之一，其具有高导电性和跨平面的机械强度等特点。尽管研究者们已经提出了许多用于rGO 生产的方法，但开发一种高度可控的在室温下可行，并且对试剂的需求最少的还原方法仍然具有很大的前景。凭借其超反应性界面，可提供两种自由电子和离子，LMs 可能可以提供这样的反应介质，使 GO 薄膜和各种厚度的GO膜能够在室温下实现还原。一方面，LMs的动态可再生界面可用作重复使用的还原GO试剂，从而在无需任何外部输入（特别是施加电压）的情况下将成本和废物产生降至最低。 另一方面，LMs 的非极化表面可以轻松地从其表面捕获产生的 rGO，无需额外的化学步骤及可形成LM-rGO核-壳复合结构。在本研究中，研究者探索了共晶镓-铟 (EGaIn)和 GO 薄片之间的界面相互作用，考虑了不同的方法：包括利用 LMs 块体作为反应模板来还原GO 和利用LMs微颗粒作为的小型反应位点来合成复合材料。对于这两种情况，研究者都对 LMs表面的 rGO 进行了广泛的表征，以全面了解还原 rGO的特征和组成。 最后，研究者将合成的LM-rGO 微颗粒复合物用于标准电化学电池和电化学纸基分析装置 (ePAD) 中的传导表面改性修饰剂，用于在存在其他生物干扰的情况下对多巴胺 (DA) 进行选择性生物传感和检测。结果及讨论：为了研究LM对GO的界面影响，研究者考虑了不同的实验条件，包括使用LM块体作为软介质来还原不同厚度的GO膜、单独的膜，以及利用LM微液滴作为还原剂核心来生成LM-rGO核−壳复合结构。1. 衬底上GO膜的LM还原研究图1 a, 显示了衬底（Si/SiO2）上GO放入LM中还原的方法。通AFM表征还原前后的GO单层膜发现：LM处理后，单层膜膜厚从1.2 nm减小到了0.6 nm，膜厚的减小可归因于GO还原后变形的sp3碳结构和各种含氧官能团的去除。另外，通过对另外两个GO和rGO样品的AFM图像进行厚度统计分析，研究者进一步证实了暴露于LM后GO单层的厚度减少（图2，原文补充信息Figure S2）。在石墨结构的拉曼光谱中，D带（ID）和G带（IG）的强度之比被认为是石墨烯层内缺陷的指标，拉曼光谱显示LM还原前后的ID/IG从0.89变化到1.2，同时结合ID/IG拉曼成像（图1. d、e）可以进一步确认LM相对均匀地还原了GO单层。在这种方法中，LM大部分在设计的原电池中既是导体又是电解液。换句话说，导体本身可以提供一个充满离子和反应性金属位置的环境，而不是使用外部介质来移动负责电偶反应的电荷载体。LMs的柔软性还提供了液体块体和目标基板之间的有效界面接触，使所需的金属物种易于在表面上接触。图1. （a）基于衬底的GO的LM还原方法示意图 AFM图像：（b）暴露于LM前的GO样品和（c）LM反应后获得的rGO样品 （d）衬底上的GO和（e）浸入LM后获得rGO的拉曼光谱测量，D带和G带的表面拉曼成像及相应的ID/IG成像。图2. Si/SiO2衬底上不同样品的AFM成像和厚度分析：（a-b）LM还原前的GO样品和（c-d）LM还原后的rGO样品。2. 单独GO膜的LM还原研究为了进一步探索开发的基于LM的工艺能力，研究者探索了其独立薄膜GO的LM还原潜力。图3 a，显示了制备独立GO膜的LM还原方法。拉曼光谱证实了还原的有效性（图3c）。为了研究暴露于EGaIn前后表面官能团的分布，转移的厚rGO样品（~1.6 μm, 原文Figure S3-nanoIR表征的测量膜厚度）被进一步通过纳米红外光谱（nanoIR）进行了表征。如图3d所示，纳米红外成像是一种基于AFM的高空间分辨率化学成像和光谱研究技术，其中脉冲红外激光用于产生光热诱导共振和热膨胀。光吸收引起的膨胀激发了AFM悬臂梁的共振振荡，悬臂振荡的振幅正比于相应波长的红外光谱吸收。该技术被用于在高空间分辨率下评估GO和rGO样品中表面官能团的分布。从GO的纳米红外光谱（图3f）中可以看出，羰基峰1730 cm−1（C=O）具有很高的纳米红外振幅, 纳米红外成像也显示了GO表面上相对均匀的羰基分布。另外，GO样品的纳米红外光谱在1615 cm−1处也显示出明显的峰值，对应于GO中的C=C。同样，纳米红外光谱成像也显示了C=C分布的均匀性。GO和rGO之间的主要区别在于：rGO样品纳米红外光谱中羰基峰的消失（图3e），证实了厚GO样品的成功还原。纳米红外光谱中剩余的C=C振动（1593 cm−1），源自石墨烯环，在rGO纳米红外成像中也显示出高振幅和适当的分布（图2e）。最后，表征研究结果证实基于LM还原工艺也可以用于生成独立的rGO膜。图3.（a）单独GO的LM还原方法示意图 （b）单独GO膜的照片；（c）在暴露于LM之前和之后的GO薄膜拉曼光谱 （d）纳米红外光谱原理示意图 （e）浸入LM后获得rGO的纳米红外光谱、AFM表面形貌、偏转信号和C=C分布纳米红外成像 （f）浸入LM前GO的纳米红外光谱、AFM表面形貌、偏转信号和C=O、C=C分布纳米红外成像。3. LM-rGO复合材料的制备及表征为了探究GO还原过程的适用性，并在实际功能应用中了解LM微颗粒的还原能力，研究者进一步研究了在酸性GO悬浮液中通过超声波处理制备的LM-rGO复合材料。其合成过程的示意图如图4a所示。研究者通过透射电镜（TEM）证实并研究了LM-rGO核-壳结构，如图4b所示，球形LM颗粒被稳定的石墨片壳包裹，这表明粒子和LM颗粒表面的有效相互作用。另外，研究者也通过X射线能谱（EDS）完成了Ga， In，C，O元素的分析，EDS结果进一步证实了LM颗粒表面存在碳层和rGO片层的全覆盖。图4. （a） LM-rGO复合材料合成过程示意图 （b）LM-rGO核−壳结构的TEM图像 （c） SAED分析和HR-TEM图像 （d） LM-rGO不同放大倍数和角度下的SEM图 （e） LM-rGO表面的镓、铟、碳和氧元素的EDS成像。另外，为了收集更多关于合成复合材料元素组成的信息，研究者通过X射线光电子能谱（XPS）也对GO和LM-rGO复合材料进行了详细的研究。研究者也通过传统宏观傅里叶红外光谱（FT-IR）对LM-rGO表面官能团进行了研究，表明GO含氧官能团被广泛去除。4. LM-rGO复合材料的电化学行为由于LM-rGO复合材料具有高表面积、高活性界面和导电性等特点，可将合成的材料作为电活性改性修饰剂。因此，研究者在玻璃碳电极（GCE）和丝网印刷纸电极（PEs）上进行了大量的电化学性能评价，以探索LM基改性剂与纸张技术的相容性，以及开发低成本生物传感器的可能性。在这两种情况下，研究者采用电化学行为已知的亚铁氰化钾作氧化还原探针，并从电化学阻抗谱（EIS）响应、电活性表面积的变化等方面评估了改性剂对电化学性能的影响，并利用循环伏安法、微分脉冲伏安法、方波伏安法等多种电化学技术进行了表征。结果显示：LM-rGO改性修饰后的电极优于GCE和PE裸电极，证实了改性剂LM-rGO的优良电化学特性。另一方面，研究者也通过峰值力扫描电化学显微镜（PF-SECM）在纳米尺度对LM- rGO复合材料与电解溶液的界面电导率进行了评估，并研究了其表面的局部电化学活性。在PF-SECM方法中，利用AFM探针的纳米尖端和利用样品表面与针尖之间发生的可逆氧化还原反应，可以研究电荷转移的动力学。AFM探针纳米尖端可以实现表面高空间分辨率的电化学成像。PF-SECM操作示意图如图5a (原文Figure S9)，PF-SECM工作在布鲁克专利的峰值力轻敲（PFT）模式下，该模式下纳米探针在一定振幅和频率下振荡，以收集样品的形貌和导电性等信息。PF-SECM模式使用“interleave mode”，在每个振荡实例中，探针被提升到样品上方250 nm的距离。当探针从样品表面提升时记录探针尖端电流，而该探针在样品表面一定距离的电流，可用来表征样品表面电化学活性。本研究中，六胺钌氧化还原反应被用于PF-SECM成像。图5b显示了LM-rGO复合材料的形貌。图5c显示了与样品表面接触时的针尖电流，该电流既反映了样品在电解溶液中的界面局部电导率，又反映了样品表面的电化学活性。纯电化学活性数据（图5d）为AFM探针从样品表面250 nm提升高度处的探针测量电流，这证实了电荷转移可能发生在整个表面。LM-rGO微颗粒边界具有较大电化学活性，并与附近颗粒的壳相互连接。边界处电流的轻微增加是由于这些边界代表样品中的低洼区域（如山谷形状），具有高有效表面积，可再生还原剂六胺钌。PF-SECM测量结果显示LM-rGO在纳米尺度具有良好的整体电化学活性，电流可达1.7 nA。图5. PF-SECM原理和LM-rGO粒子PF-SECM分析结果：（a）PF-SECM工作原理示意图（RE、CE和WE分别对应于参比电极、对电极和工作电极）；（b） LM-rGO微粒的AFM图像；当针尖位于样品表面（c）（此处的电流代表界面电导率和电化学活性）和距离样品表面250 nm高度（d）（代表样品和电解质之间界面的电化学活性）时，针尖电流成像。5. 多巴胺的选择性传感在完成了前述的详细研究后，在抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）存在的情况下，研究者采用了多巴胺（DA，重要的神经调节剂之一）进行了LM-rGO修饰电极用于DA检测的适用性和选择性评估。LM-rGO修饰，rGO修饰 (ErGO)和裸GCE电极的电化学EIS光谱被用来显示LM- rGO复合物中每个组件的作用。如图6a所示，ErGO显示表面DA反应的Rct值仍然较高（50.7Ω）。然而，在LM-rGO中， Rct值为20.3 Ω。这一观察结果证实了LM在系统电化学性能中的作用，与ErGO相比，LM产生的混合物对电荷转移的阻力更小。为了探索LM-rGO的作用，研究者将修饰剂、裸电极和修饰电极暴露于含有DA、AA和UA混合物的溶液中，然后记录了电化学信号（DPV和CV）。图6b、c、h显示了从裸电极， LM-rGO 修饰GCE和 PE的信号。结果可以看出：对于裸电极，DA、AA和UA的氧化还原峰显示出重叠和接近。然而，在修饰后，在不同的电位窗口中可观察到每种化合物相应的分离峰，因而证实在存在其他干扰化合物的情况下，直接测定DA成为可能。另外研究者也通过FT-IR测量了DA、AA和UA与LM-rGO的特定相互作用（图5f）。LM-rGO的FT-IR光谱显示，LM-rGO在低波数区（低于900 cm-1）尤其是在667 cm-1(代表Ga−OH基团) 表现出剧烈变化。LM-rGO表面的Ga−OH还原仅在存在AA中观察到，这为选择性峰移机制提供了证据。UA向高电位的选择性转移来源于LM-rGO表面剩余负电荷基团和带负电荷的UA分子之间的电荷排斥作用。因此，这种表面相互作用因为AA和UA的峰移，从而增强了DA的选择性。为了获得最大的传感响应，研究者对修饰材料的用量进行了优化。在最佳修饰膜厚度下，研究者获取了LM-rGO修饰GCE和PE的DA定量测定校准曲线。根据图6d，i中提供的结果，该传感器可定量测量100 nM至1500μM（GCE）和400 nM至750μM（PE）范围内的DA浓度水平，GCE和PE的灵敏度分别为30和100 nM。与GCE相比，尽管PE具有更高的电活性表面积，但观察到的动态范围更窄，灵敏度更低，这是由于PEs中已知的耗尽效应和有限的扩散。在不同浓度水平的DA和其他干扰化合物（包括AA、UA和葡萄糖（GLU），高浓度1.0 mM）共存的情况下，研究者也对界面选择性也进行了评估。图6e结果显示，DA的原始信号不会受到其他干扰物的影响，目标分析物DA的测量具有良好的选择性。最后，研究者在人血清样本中进一步研究了该传感器用于DA生物传感的适用性和选择性，结果证明：研究者设计的传感器在如此复杂的生物基质中的具有良好的准确度和精确度。图6.（a）裸GCE（i），LM-rGO修饰的GCE（ii）和ErGO修饰GCE（iii）的EIS光谱（DA用作电化学探针）；LM-rGO对GCE表面进行修饰前后，含有AA、DA和UA的混合物的CV（b）和DPV（c）信号；（d） LM-rGO修饰GCE的校准曲线，DA浓度从0到1500μM不等；（e）LM-rGO修饰GCE上进行的DA选择性试验，AA和UA浓度为1 mM；（f）LM-rGO，LM-rGO暴露于AA、UA和DA的FT-IR光谱；（g）ePAD的结构图像和 LM-rGO修饰前后PE表面的显微图像；（h）LM−rGO进行表面修饰前后，含有DA、UA和AA混合物的DPV测量信号；（i）LM-rGO修饰PE的校准曲线，DA浓度从0到750μM不等；分别使用Ag/AgCl和碳准参比电极测量从GCE和PE获得的电化学信号。 研究结论：在本研究中，研究者探索了室温LMs和GO薄片之间的界面相互作用。证明了LM和GO之间存在很强的电偶相互作用，这可以用于生成rGO单层膜和rGO厚膜。研究者对所制备的rGO样品进行了AFM，nanoIR， EDS和PF-SECM等详细表征，实验结果确认通过LM能均匀有效地还原GO薄片。研究者所提出的基于LM的rGO生产方法，有望实现rGO独立膜和衬底支撑单层膜的简易合成。此外，这种界面作用也被用于合成LM-rGO核−壳复合结构。研究者对LM-rGO修饰电极进行的电化学表征显示在AA和UA存在下LM-rGO修饰电极对DA具有良好的选择性，可用于生物传感。总之，本研究显示了LMs对GO薄片室温的还原能力，以及展示了构建功能性应用的可能性。类似利用LMs的界面特性的工艺，可以在未来的研究和工业应用中具有大量潜在应用前景。Bruker公司的AFM，nanoIR，PF-SECM，EDS等纳米技术手段因其高空间分辨率的形貌，纳米光谱和化学成像，纳米电化学，纳米元素分析的能力，将为各类复合材料纳米结构的界面研究提供新的多样化表征手段和研究方法。原文链接：Mahroo Baharfar, Mohannad Mayyas, Mohammad Rahbar, Francois-Marie Allioux, Jianbo Tang, Yifang Wang, Zhenbang Cao, Franco Centurion, Rouhollah Jalili, Guozhen Liu, and Kourosh Kalantar-Zadeh，Exploring Interfacial Graphene Oxide Reduction by Liquid Metals: Application in Selective Biosensing，ACS Nano,（2021）15 (12), 19661-19671https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c06973?ref=PDF

点击此处可了解更多产品详情：土壤氧化还原检测仪　　土壤是农业生产的基础，也是地球生态系统中不可或缺的一部分。土壤的氧化还原状态是影响土壤质量的重要因素之一。为了更好地了解和改善土壤状况，农业生产者和研究人员需要一种能够准确检测土壤氧化还原状态的仪器。本文将介绍一种常见的土壤氧化还原检测仪器——土壤电位计。　　　　土壤氧化还原检测仪是一种用于测量土壤氧化还原状态的仪器，它基于电化学原理，通过测量土壤中的氧化还原电位来评估土壤的氧化还原状态。土壤中的有机质和无机物质可以影响土壤的氧化还原电位，从而影响农作物的生长和养分吸收。因此，准确测量土壤的氧化还原电位对于农业生产具有重要的指导意义。　　　　土壤氧化还原检测仪的主要特点包括操作简单、快速、准确度高、维护方便等。该仪器通常由电极、测量仪表和附件组成。电极是用来测量土壤中的氧化还原电位的传感器，一般采用不锈钢或铜合金等材料制成。测量仪表则是用来显示测量结果和控制电极的设备，一般采用数字式或指针式等显示方式。　　　　土壤氧化还原检测仪的应用范围非常广泛，主要应用于以下几个方面：　　　　1. 农业生产：农业生产中需要了解土壤的氧化还原状态，以确定适宜的作物种类和施肥方案。通过使用土壤氧化还原检测仪，农业生产者可以了解土壤的氧化还原电位，进而制定合理的农业生产计划。　　　　2. 环境保护：土壤的氧化还原状态受到环境污染的影响，例如废气、废水和废渣等。通过使用土壤氧化还原检测仪，环境保护工作者可以了解土壤的氧化还原状态，进而制定相应的环境保护措施。　　　　3. 科学实验：土壤学、植物学和生态学等领域的研究需要进行土壤氧化还原状态的研究。通过使用土壤氧化还原检测仪，研究人员可以获得准确的实验数据，进而得出科学的研究结论。　　　　总之土壤氧化还原检测仪作为一种检测土壤氧化还原状态的仪器在农业生产、环境保护和科学实验等领域具有广泛的应用前景。它能够帮助我们更好地了解和改善土壤状况提高农业生产的效益保护环境的研究结论。同时也能为环境保护提供更加准确科学的数据支持对于保护我们共同的家园具有重要意义。【莱恩德】农业生产：土壤氧化还原检测仪的应用

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 中国科学院高能物理研究所多学科中心X射线成像实验站副研究员袁清习和国内外课题组合作，建立了基于同步辐射纳米分辨谱学成像技术追踪氧化还原反应相变过程的方法，并成功应用于锂离子电池电料相变过程的研究。研究成果近期发表在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 同步辐射谱学成像（XANES imaging）是利用特定元素对X射线能量的不同响应特性来获得样品内部对应元素的化学价态三维分布。基于波带片全场成像方法的纳米分辨谱学成像技术可以获得高空间分辨的形貌和化学信息，近年来受到了越来越多的重视，在材料科学领域尤其是在能源材料领域的研究中表现出重要潜力。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 针对纳米分辨谱学成像方法学和应用研究，高能所多学科中心X射线成像实验站近年来开展了大量的工作。其中，袁清习和国内外多个同步辐射装置建立紧密联系，在技术研发、科研应用等方面开展了广泛的合作。近期，袁清习联合美国斯坦福同步辐射光源研究员刘宜晋课题组、弗吉尼亚理工大学教授林锋课题组提出了应用同步辐射纳米分辨谱学成像技术研究氧化还原反应的不均匀相变过程的新方法。这个联合团队成功将他们提出的新方法应用于Li(NixMnyCoz)O2(NMC) 三元正极材料的研究中，揭示了该材料热稳定性的一系列问题。该项工作发表于Nature Communications9, 2810，2018，共同第一作者为弗吉尼亚理工大学博士穆林沁和高能所袁清习。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 以NMC正极材料中的应用为实例，该实验方法的工作流程如下：首先，为了研究该材料体系在不同温度下的行为，开展原位实验，利用谱学成像获得大量空间分辨的吸收谱数据；其次，提取Ni元素K边吸收能量表示相应的化学状态，高能量代表高价态（相对氧化态），低能量代表低价态（相对还原态）。进而使用样品在不同温度条件下的化学价态分布结果来表征氧化还原相变过程；第三，选择特定的Ni元素价态（例如，选择氧化还原反应最剧烈的能量点代表的价态），利用所采集的大量数据来描绘Ni元素等价态面的三维分布，对比不同反应条件下的等价态面分布来表征相变的发生、发展及相变前沿的推进过程；最后，引入等价面局域曲率（反应界面局域曲率）的概念，来描绘成核生长及整个相变的复杂过程。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 图1为Ni的价态随NMC材料加热过程的变化，其中的每一条曲线代表了相应条件下基于全部像素的Ni价态的分布情况，可以看出化学反应从开始到结束全过程Ni元素价态分布的演变情况。图2给出了四个特定反应条件下Ni等价态面的发生、发展过程，所选择的Ni价态为8341eV对应的价态。从图1可以看出，8341eV代表的价态可以代表是化学反应最剧烈情况。图3中用不同颜色表示了镍元素的吸收边能量代表的镍元素的价态。受由晶粒边界和其局域的化学环境（不同组分和缺陷）所影响，相变过程通常非常复杂，如图3a所示，镍阳离子三维的形貌由不同的价态组成，从相对还原态（低能量态）到相对氧化状态（高能量态）。这些三维的价态推进前端提供了一个直观的三维立体多面体。还原态和氧化态分别代表了子相和母相，相变反应的推移前端从图3a到图3c。同时，作者将这些三维多面体每个局域的曲率计算出来，并分别用红色和蓝色代表局域曲率为正值和负值。从图3d、e可以看出相变过程中局域价态曲率的演化过程。 br/ /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 这项工作不仅对锂离子电极材料的热稳定性和热致相变给出了详细的描述，还为下一步的储能材料优化提供了一些思路。研究工作所使用的方法可以推广到更加广阔的研究领域，尤其是复杂体系的非均匀相变过程等的研究中。特别是考虑到下一代同步辐射光源的发展，更高的亮度将会大大降低实验的时间，从而能够更好地捕捉到相变过程中的非稳定状态，为能源材料、环境科学等研究领域提供有力的工具。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/863601e7-f186-445f-b8b1-ff31fd5d1984.jpg" title=" 图1111.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图1 NMC样品中镍元素的价态随加热过程的变化。（a）为镍元素的局域价态直方图。（b-e）为原位观测镍价态信息示意图。镍的价态由Ni 的K吸收边能量表示，高能量和低能量分别代表了高价态和低价态。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/974970c5-2fc2-4129-beeb-217abf22612c.jpg" title=" 图2222.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 NMC样品不同反应条件下Ni等价态面的产生、发展及推进过程 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/d29d8585-987d-4cf3-9540-9ad6e2f158af.jpg" title=" 图3333.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图3 局部镍元素价态曲率随相转变的演化。（a,b,c）分别代表了不同能量（8339, 8340 和8341 eV）的Ni K-edge的等值面形成的三维曲面。图d和e表示了在不同能量范围内价态曲率随着能量值的变化。 /p p br/ /p

近日，南开大学张新星研究员团队针对微液滴化学的独特性质，受邀总结了40余个单电子介导的水微液滴表面自发的氧化还原反应，并通过动力学研究，证明了电子的提供和捕获——而非化学键的直接断裂——是介导水微滴界面上氧化还原反应的关键决速步骤。该工作发表在了近期的JACS Au 杂志上，并被遴选为封面文章。　　近几年与微液滴相关的纳微界面反应机制的研究吸引了大量的研究目光。在技术上，质谱作为微液滴反应的主要表征手段，一方面是由于其在分析化学反应中具有捕获短寿命自由基中间体、揭示化学反应机理等方面的天然优势，另一方面更是由于微液滴是一种可以直接喷雾进入质谱仪中进行检测的物质形式，导致质谱技术成为了近年来微液滴化学发展最简单、最重要、最主要的表征方法。因此作者们在本文中列举了使用质谱方法学研究微液滴化学的优势和注意事项。此外，作者也在合成化学和大气化学的大背景下讨论了微液滴自发氧化还原能力的潜在影响。首先，微液滴对反应的加速能力在有机合成中已经得到了广泛的认可，现有的部分微液滴化学研究已经实现了克级的合成。微液滴反应由于只需要将底物的水溶液喷洒成小水滴，无需催化剂、额外的能量输入、复杂的反应装置，完全符合绿色化学的特征，因此有望在合成化学中展现更多的潜力。其次，微液滴化学在大气化学方面也具有重要启示。大气的总体氧化还原能力决定了污染的生成、天气甚至气候的形成和变化。大气水，如云、雾和海洋飞沫，都是微米大小的微液滴。由于微液滴可以促进自发的氧化还原反应，文章建议在未来的大气研究中，也许可以将微液滴效应考虑进来。在科学上，水对许多化学反应来说是一种惰性环境。然而，通过简单地将水喷洒成为微米尺寸的微液滴，就可以展现大量独特的性质，这些性质包括异常的pH值、反应物的统一取向和部分溶剂化、极高的反应速率以及极高的气液界面电场等。在微液滴的这些独特性质中，其强大的自发氧化还原能力尤其引人关注。现有大量理论和实验研究表明，或由于界面双电层的形成，或由于大量水分子的自发统一取向，或由于水分子之间的部分电荷转移(H2O+---H2O-)，在微液滴的气-液界面浅层可以自发产生极高的电场(约109 V/m)。该电场大到足以可以触发氢氧根或其他底物分子的单电子氧化过程，生成相应的自由基和一个电子(图1)。生成的电子还可以继而触发其他底物分子的单电子还原过程。　　图1. 微液滴化学气-液界面处的氧化还原机制和质谱分析方法示意图　　图1展示了典型的微液滴化学质谱实验，并阐述了发生在微液滴表面的单电子介导的氧化还原机制。含有某种溶质的水溶液由注射泵强制推入极细的毛细管，高压氮气鞘气可将毛细管推出的液体分散成微液滴，由此产生的微液滴被喷向质谱仪的入口。以这种方式产生的微液滴的大小取决于鞘气的压力，范围在几到几十微米之间。在其表面上即可以自发发生大量的单电子的氧化还原过程。　　本文总结了40余个在水微液滴表面上发生的电子介导的氧化还原反应(表1、2)，认为在水微液滴表面上电子的产生和捕获——而非化学键的直接断裂——是微液滴大多数氧化还原反应的关键决速步骤。　　表1. 微液滴表面呈现单电子氧化过程的物种(电子供体)　　表2. 微液滴表面呈现单电子还原过程的物种(电子受体)　　在单电子是微液滴表面氧化还原反应的载流子的前提下，OH-在微液滴上可以作为电子供体，如果在溶液中加入上述电子供体(表1中的分子)，那么水微液滴上应该有更多的电子，在动力学上就应该可以加速电子受体的还原反应，进一步巩固电子确实是介导水微液滴上氧化还原反应的载流子的观点。　　为了验证这一假设，本文作者从表1中选择了三种电子供体：四硫富瓦烯(TTF)、羟甲基二茂铁(FM)、N,N,N’,N’-四甲基-1,4-苯二胺(TMPA)，并将这三者分别和电子受体EV2+(乙基紫精二价阳离子)的水溶液喷洒成微液滴。其中图2a为喷洒纯EV2+溶液的质谱图，OH-是唯一的电子供体，EV2+转化为EV•+ (m/z = 214)，m/z 150~200的峰是不稳定EV•+的降解产物。图2b−2d分别为喷撒TTF与EV2+、FM与EV2+、TMPA与EV2+的混合溶液的质谱图。在这些混合体系中，还原产物EV•+的强度明显增加，表明电子供体的加入加速了EV2+的还原。图2e展示了4个系统中EV•+/EV2+的相对强度的比较，清楚地显示了添加电子供体后还原产物增加了2到7倍。图2f−2h还显示了混合体系中氧化过程的加速动力学，TTF、FM和TMPA的氧化过程也应该随着EV2+的加入而加速。TTF•+、FM•+和TMPA•+自身的绝对质谱强度随着EV2+的加入增加了2倍左右。这些结果清楚地表明电子确实是介导水微滴上氧化还原反应的载流子，且简单的动力学研究证明了电子提供和电子捕获是两个相互加速的过程。而后续的进一步化学反应(如化学键的断裂和生成)在微液滴中成为了超快的非决速步骤。　　　　图2. 微液滴单电子氧化还原过程的动力学研究　　南开大学研究生金水慧、陈欢、苑旭为本文并列第一作者 南开大学张新星研究员为本文通讯作者。本文被遴选为JACS Au杂志本期封面论文。　　原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.3c00191　　The Spontaneous Electron-Mediated Redox Processes on Sprayed Water Microdroplets Shuihui Jin,# Huan Chen,# Xu Yuan,# Dong Xing, Ruijing Wang, Lingling Zhao, Dongmei Zhang, Chu Gong, Chenghui Zhu, Xufeng Gao, Yeye Chen, and Xinxing Zhang*JACS Au, 2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00191　　张新星课题组网站：http://www.zxx-lab.com/

2021年10月4日，Journal of Physical Chemistry letters 在线报道了中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心软物质物理实验室翁羽翔研究组（SM6组）题为“电化学红外光谱揭示光合放氧中心锰簇拟合物在多重氧化还原状态中的结构重排（Structural Reorganization of a Synthetic Mimic of the Oxygen-Evolving Center in Multiple Redox Transitions Revealed by Electrochemical FTIR Spectra）”的研究工作。该工作利用傅里叶变换红外光谱仪在低波数波段研究了人工合成的锰簇在电化学氧化过程中的机构变化，为光合放氧中心裂解水的反应机制研究开辟了一条新途径。光合作用是自然界利用太阳光大规模地将二氧化碳和水合成有机物并放出氧气的过程。在地球与生命进化过程中，具有放氧复合体的放氧光合生物的出现，使地球大气层中的氧气从无到有、逐渐积累并恒定在大约21％的水平，大大加速了地球演化、生物圈形成与繁荣的进程。光系统Ⅱ核心复合体是光能驱动水氧化的重要场所，具有光解水放氧功能的系统II核心复合体是一个由多个蛋白亚基、锰簇、色素分子等辅助因子组成的色素膜蛋白复合体。其核心锰簇是含有五个金属离子的Mn4O5Ca。其中的三个Mn原子，四个氧原子和一个钙离子占据六面体的8个顶点，形成立方体结构。太阳光经捕光天线吸收后分步传给反应中心的叶绿素特殊对，并实现电荷分离，形成的正电荷将邻近的酪氨酸Z氧化成正离子自由基，后者进一步将锰簇物氧化，驱动水的氧化并放出氧气：早期闪光诱导动力学研究表明，氧气的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。Kok等在1970就提出天然锰簇物放氧中心存在一个由S0-S4的5个状态构成的循环反应模式（即Kok 循环）。S0，S1，S2 ，S3 和S4分别表示放氧锰簇物的不同氧化还原状态。每一次氧化诱导的状态改变都会丢失一个电子，而每循环一次则需吸收4个光子，积累4个氧化当量（失去4个电子，积累4个质子）才能把水分子完全裂解，释放氧气后再次回复到S0态，如图1所示。2H2O−4e−⟶4hvO2↑+4H+" role="presentation"的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。图1. Kok循环示意图光系统放氧中心复合物的晶体结构研究表明，放氧中心锰簇物是由锰离子和钙离子经D1和CP43蛋白上氨基酸羧基侧链结合而形成的生物自组装结构。由于D1蛋白对强光很敏感，在体内的代谢周转十分迅速，半衰期大约为十分钟。可见，在自然界中放氧中心锰簇物是依靠生物的自修复功能实现其持续运转的。天然氧中心锰簇物的不稳定性对光合作用水裂解的机制研究也带来了相应的困难。2015年中科院化学研究所张纯喜研究小组在光系统放氧中心人工拟合物的研究中获得重大进展，成功合成了新型Mn4O4Ca簇合物（Science, 2015, 348, 690-693）。迄今为止，该类化合物是与天然放氧中心锰簇物最为接近的人工拟合物，该拟合物中四个Mn离子的价态（+3，+3，+4，+4）与天然放氧中心锰簇物S1态一致，而且同样具有催化水裂解的功能。此人工合成物为天然放氧中心锰簇物裂解水过程的微观机制研究提供了良好的契机。相关实验研究中，位于红外光谱低频波段（

1. 文章信息标题Photoredox-promoted co-production of dihydroisoquinoline and H2O2 over defective Zn3In2S6中文标题：缺陷Zn3In2S6光氧化还原促进二氢异喹啉和H2O2共生产 页码： 2210110 DOI： 10.1002/adma.202210110 2. 期刊信息期刊名：Advanced Materials ISSN：1521-4095 2022年影响因子： 32.086 分区信息： JCR分区（Q1）,中科院1区TOP 涉及研究方向： 综合性期刊 3. 作者信息：第一作者是 华东师范大学罗娟娟 。通讯作者为 中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士、华东师范大学陈立松副教授 。4. 光源型号：北京中教金源CEL-HXF300E7光功率计型号：北京中教金源CEL-NP2000文章简介光合成以低成本和环境友好的方式生产过氧化氢（H2O2）是最可持续和最有前景的方法之一。然而，但光合成存在光生载流子利用率低和H2O2产率低的问题。虽然通过添加质子供体（异丙醇或乙醇）可以降低合成H2O2的氧化屏障进而提高H2O2产量，但是将不可避免地提高成本，与此同时，光生空穴（h+）的氧化能力被完全浪费。因此，找寻一个特定的质子供体能以高选择性的方式自身氧化成高附加值的产物，同时促进光催化产H2O2，是提升光催化体系整体经济效益的有效策略。二氢异喹啉衍生物（DHIQs）是药物合成和制药工业中非常有价值的中间体，由四氢异喹啉衍生物（THIQs）的催化脱氢生产，然而存在生产成本高，操作程序复杂，选择性差和破坏环境等缺点。通过大量文献调研，已知通过光催化反应得到四氢异喹啉的半脱氢产物是十分困难的，这通常伴随有不理想的全脱氢产物异喹啉（IQs）的生成。因此，寻找一种高效的光催化剂在温和条件下光合成高纯度半脱氢产物（DHIQs），将是一个极具吸引力的策略。此外，充分利用THIQs脱氢产生的氢质子可以提高原子利用率和产物价值。基于此，中科院上海硅酸盐研究所施剑林院士和华东师范大学陈立松副教授等人将THIQs用作独特的质子供体，用于热力学上可行的选择性半脱氢反应，生成具有高附加值的DHIQs，同时在双功能光催化剂Zn3In2S6的催化下，在一个光氧化反应中耦合并促进H2O2的生成。缺陷Zn3In2S6在可见光（λ≥400 nm）照射下分别以66.4 mmol h-1 g-1 和62.1 mmol h-1 g-1的高速率生成H2O2和DHIQ。此外，作者还详细探讨了反应机理和途径。原位ESR分析、自由基捕获实验及溶液中活性氧（ROS）的检测实验表明，ROS（O2和1O2），h+ 和质子供体（THIQs）之间的协同作用在光催化共生产H2O2和DHIQs反应中起关键作用，这在以前的研究中基本上被忽略。同时，原位FTIR表明通过*OOH中间途径在Zn3In2S6表面生成H2O2。该研究不仅有效地利用光生电子（e-）、h+以及多种活性氧的氧化还原能力来实现最大的原子利用效率，而且同时生成了太阳能液体燃料和高附加值化学品。

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子构成蜜蜂窝形式的二维纳米结构，具有大的比表面积和良好的载流子传导性能，预期在高灵敏、低功耗室温生物化学传感器方面将得到广泛应用。然而，由于传感物质与石墨烯之间的吸附、电荷转移和脱附等相互作用，器件的有效制作方法和性能优化等方面还有大量工作需要探索。 　　一氧化氮(NO)气体一方面是有害气体，另一方面却是重要的生物功能信息传递分子。及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。 　　近期，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所器件部刘立伟课题组李伟伟等与中科院物理所科研人员合作，在制作基于石墨烯的高灵敏一氧化氮气体传感器方面取得进展。研究人员以微纳加工图形化的石墨烯为电极，利用交流电泳技术制作金属纳米颗粒修饰还原的氧化石墨烯传感通道。气体分子的作用降低了石墨烯与金属颗粒之间Schottky势垒的厚度，实现了1 ppb(10亿分之一)至1 ppm(100万分之一)的高灵敏探测性能，对于低功耗、室温NO高灵敏呼吸和环境探测具有潜在应用价值。器件制作示意图和性能测试如图所示。 　　该项工作成果已经发表在ACS Nano(2011, 5 (9), pp 6955–6961)上。 　　该项研究得到了国家基金委、科技部、苏州市科技发展计划的资助，并得到苏州纳米所加工和测试平台的技术支持。 　　基于石墨烯的高灵敏传感器件结构和性能

长期以来，材料科学家们都在寻找一种类似肌肉和其他天然纤维的合成结构材料。该材料可以在外界刺激响应下进行可逆的融合和裂变，从而可以用于开发动态可变形系统和具有可定制化纤维的结构材料，在航空、电子和太空探索等领域具有重大的应用前景。大家颇为熟悉的一个例子便是碳纤维。碳纤维作为一种具有极高机械强度和模量的高性能纤维，在承重和复合材料等领域发挥着重要的作用。为满足不同的应用需求，碳纤维往往需要经过分层组装（如揉捻等），以形成复杂程度不同的线、纱、绳和织物。由于现代纤维组装技术需要复杂的机械和高能量输入，因此简化和探索可逆的纤维组装过程是目前人造纤维面临的主要挑战之一。此外，在重复融合和裂变过程中具有结构和性质持久性的系统的设计仍然具有挑战性。石墨烯纤维是由石墨烯片沿一维方向宏观组装而成的新型碳纤维。不同于以往的碳质纤维，石墨烯纤维的构筑基元是具有良好的导电、导热、机械强度等性能的二维石墨烯，纤维的内部结构三维有序、致密均一，可以在多功能织物、轻质导线、能量收集及转换、可穿戴储能装备、柔性电子器件、神经信号记录微电极等多个领域发挥功能。因而被材料科学家们寄予厚望。2011年，浙江大学高超教授首次利用氧化石墨烯液晶法湿法纺丝的技术制备出宏观连续的石墨烯纤维。从制备技术上看，石墨烯纤维具有独特的四大优势：可以批量生产的氧化石墨烯原料；氧化石墨烯自发形成的液晶结构；氧化石墨烯原丝的自融合和自愈合能力；种类多样且成本低廉的还原方法。2019年6月6日，由高超教授团队成果转化并建设的全球首条纺丝级单层氧化石墨烯十吨生产线试车成功。随即，国际石墨烯产品认证中心当日为该生产线生产的单层氧化石墨烯及其应用产品多功能石墨烯复合纤维分别颁发了全球首个产品认证。5月7日，高超教授团队再次在氧化石墨烯纤维领域取得重大突破，团队首次发现：湿法纺丝制备的氧化石墨烯（GO）纤维在溶剂的触发下会发生动态可逆的融合和裂变行为（图1）。研究成果以“Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers”为题，发表在《Science》上。图1. 高超团队发现氧化石墨烯（GO）纤维在溶剂的触发下会发生动态可逆的融合和裂变行为具体来说，融合过程（C1-C4）就是n条单根GO纤维在溶剂中溶胀而自适应变形，形成核壳结构。其中核为GO纤维，壳为紧密堆积排列的类皮肤状GO片，呈宏观的圆柱形结构，具有微观尺度的波纹（图2A）；随后在空气干燥的过程中，在表面张力的驱动下，GO纤维粘结在一起，并随着纤维素壳的自适应收缩而发生融合，形成较粗的熔融GO纤维（FuF-n）。而裂变（E1-F4）则指的是将熔融之后的GO粗纤维重新浸入溶剂溶胀，其裂变始于均匀的溶胀，随着溶胀的持续，纤维间界面处会出现小缝隙。随后缝隙的快速传播以及整个纤维组件的体积膨胀导致了整个裂变，重新变成了n条单根GO纤维（FiF-n）。作者发现，在水诱导的融合和裂变过程中，融合后的FuF-100纤维中紧密堆积GO片层的层间间距为0.84 nm，密度为1.51 g cm-3，FuF-100纤维的拉伸强度为281 MPa；裂变后的FiFs-100的GO片之间的层间距为0.84 nm，密度为1.54 g cm-3，拉伸强度为259 MPa，几乎与FuF-100一致。这充分说明了该融合和裂变过程的精准动态可逆。图2. 水诱导触发的GO纤维的精确可逆的自融合和自裂变过程GO可逆融合和裂变的变形机制研究团队在两个GO纤维的融合和裂变过程中对它们的横截面进行的原位光学显微镜和偏振光学显微镜观察，发现：溶胀和再溶胀时纤维壳的可逆地起皱和展开对GO可逆融合和裂变起着至关重要的作用（图3）。由于纤维壳与相邻纤维的边界接触，提供了GO纤维间的粘结和脱粘作用，并保护了内部的纤维GO片材不扩散，从而表现出溶剂触发的大体积变化和弹性变形能力。在溶剂的表面张力和压差（Pc）驱动下，GO纤维间通过π-π相互作用和氢键作用促进了纤维壳的进一步粘合，随后GO片材起皱并压实了整个粗纤维束。在熔合过程中，溶剂响应性纤维壳充当弹性屏障，防止薄片在瞬态界面上相互扩散。而在裂变过程中，GO单根纤维会受纤维壳之间的圆柱形几何形状的驱动而分离。由于FuF浸入了GO的良好溶剂中，溶剂渗透会削弱单个纤维之间的粘合强度。当单个纤维的溶胀率超过一定值时，壳的弯曲几何形状会产生应力，并迫使相邻的纤维彼此分离。图3. 可逆融合和裂变的动态地形变形机制潜在应用最后，研究团队展示了GO纤维动态可逆融合和裂变行为的潜在应用。首先，由于可以在各种纤维基的组装结构之间灵活转换，这允许开发具有特定性能需求的不同场景中自适应应用GO基光纤系统。例如，GO纤维组件可通过裂变和融合在3D刚性杆和2D柔性网之间可逆转换（图4 A-D）。研究团队将多达13500根具有微米级直径和厘米级长度的纤维融合到一根1.2毫米厚的杆中，该杆足以支撑其重量的680倍。随后通过局部裂变和融合在1D熔融GO光纤与各种1D和2D复杂光纤组件之间进行切换（图4 E- F）。第二个应用是，通过融合和裂变，GO纤维束将能够实现包含和排除客体材料的功能，以在动态系统中表现出可控交付的功能。不同材料，大小和形状的各种客体，例如聚丙烯腈短切纤维，聚苯乙烯微球和亚毫米级的玻璃珠，均可以在熔化过程中被吸收到FuF中，然后在裂变过程中被排出（图4 G-J）。第三个应用是通过GO涂层赋予普通纤维以可逆的融合和裂变特性。传统的聚合物，金属和陶瓷纤维通过简单地涂覆GO外层而具有可逆的熔裂能力，进一步扩展了相应应用领域的覆盖范围。图4. GO纤维可逆的融合和裂变行为的应用简而言之，GO纤维的可逆融合和裂变使得纤维组装系统具有动态特性，从而实现了结构之间的转换和响应性的致动。同时， 该概念通过GO涂层进一步扩展到了常规纤维，为未来功能响应材料的设计提供了一个通用的策略。石墨烯检测技术及应用进展为促进石墨烯研发和产业化快速发展，仪器信息网联合国家石墨烯产品质量监督检验中心、全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组，将于2021年5月11日举办 “石墨烯检测技术及应用进展”主题网络会议。邀请业内专家以及厂商技术人员就石墨烯最新应用研究进展、检测技术、检测方法、质量评价体系及标准化等展开探讨，推动我国石墨烯产业健康发展。会议日程时间报告主题报告人09:30-10:00待定孙立涛（东南大学）10:00-10:30石墨膜导热测试技巧方法李金艳（德国耐驰仪器制造有限公司）10:30-11:00绝缘衬底表面石墨烯晶圆生长研究进展王浩敏（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）11:00-11:30石墨烯材料检测方法介绍刘峥（国家石墨烯产品质量监督检验中心）11:30-14:00午休14:00-14:30待定谭平恒（中国科学院半导体研究所）14:30-15:00石墨烯导热增强复合材料与热界面材料林正得（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）15:00-15:30二维半导体及异质结的生长与光电性能调控肖少庆（江南大学）15:30-16:00石墨烯结构表征及其在环保领域的应用胡学兵（景德镇陶瓷大学）16:00-16:30石墨烯等低维纳米材料的标准化动态和展望丁荣（全国纳标委低维纳米结构与性能工作组）报名方式扫描下方二维码或点击以下链接即可进入报名页面。（会议链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/Graphene2021/）报名参会加入会议交流群，随时掌握会议动态

p style=" margin-top: 10px line-height: 1.5em text-indent: 2em " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 西班牙艾克斯-马赛大学陶瓷与玻璃研究所（ICV）和微电子与纳米科学研究所的研究人员已使用3D打印的氧化石墨烯支架作为轻质混合结构的基础，该结构保留了许多石墨烯的理想特性，包括导电性和水吸附能力。 /span /p p style=" margin-top: 10px line-height: 1.5em text-indent: 2em " span style=" text-indent: 0em " 研究人员用醇盐前体溶液渗透了氧化石墨烯支架，以生产杂化结构，这些杂化结构显示出潜在的适用性 /span span style=" text-indent: 0em " ，例如污染物去除，水过滤，催化，药物输送以及能量产生和存储。 /span /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " span style=" font-family:arial, helvetica, sans-serif" br style=" color: rgb(51, 51, 51) white-space: normal " / /span img src=" https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/201214/1-2012140R159223.jpg" alt=" " width=" 620" style=" border: 0px color: rgb(51, 51, 51) font-family: " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " / br style=" color: rgb(51, 51, 51) font-family: " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " / strong span style=" line-height: 2 font-family: arial, helvetica, sans-serif font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " 用于通过渗透3D rGO支架（a，b），用碱性蒸气胶凝（c）和乙醇洗涤（d）来制造二氧化硅（或SiAl）/ rGO杂化物的合成过程示意图。图片来自《欧洲陶瓷学会杂志》。 /span /strong /p p style=" margin-top: 10px text-indent: 2em " strong span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 3D打印石墨烯的局限 /span /strong br style=" color: rgb(51, 51, 51) font-family: " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " / span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 石墨烯是一种碳的同素异形体，已成为与能源生产和微电子学相关的研究以及生物医学和传感等新技术的开发中的常见元素。对该材料的轻质性能，高电导率和导热率以及机械强度非常期望。尽管许多石墨烯的潜力来自于以单层形式部署该材料，但利用石墨烯进行3D打印仍然面临巨大挑战。 /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 但是，弗吉尼亚理工大学和劳伦斯· 利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员在开发出一种高分辨率3D打印方法（涉及将石墨烯分散在凝胶中以制成3D可印刷树脂）之后，采取了进一步措施来利用石墨烯的潜力。 LLNL还与加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的团队合作，研究了用于储能设备中基于石墨烯的气凝胶电极的3D打印技术。 /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 石墨烯还被用于创建3D打印的自感应装甲和交通网络的现代化。在其他地方，新研究揭示了与石墨烯表面接触时水的结构如何变化。最近，诺丁汉大学增材制造中心的研究人员在使用石墨烯的电子设备进行3D打印方面取得了突破，开发了基于喷墨的3D打印技术，该技术可以为取代单层石墨烯作为接触材料铺平道路。 2D金属半导体。 /span /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px text-align: center " img src=" https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/201214/1-2012140R3421U.jpg" title=" 研究中制造的格子“桁架”和回旋3D打印石墨烯" alt=" 研究中制造的格子“桁架”和回旋3D打印石墨烯" width=" 620" height=" 508" style=" border: 0px color: rgb(51, 51, 51) font-family: " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " / br style=" color: rgb(51, 51, 51) font-family: " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " / strong span style=" line-height: 2 font-family: arial, helvetica, sans-serif font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " Virginia Tech / LLNL研究中制造的格子“桁架”和回旋3D打印石墨烯。图片来自Material Horizons /span /strong /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " strong 创建氧化石墨烯-二氧化硅结构 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px line-height: 1.5em " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 氧化石墨烯被认为是生产具有高孔隙率，导电性，柔性和大表面积的3D连接的轻量结构的可行构建基块。科学家旨在通过将其他材料锚固到3D石墨烯结构上以形成混合材料或复合材料，来解决氧化石墨烯的一些缺点，例如其机械性弱点和易受火焰伤害的缺点。 /span /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px line-height: 1.5em " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 首先，研究人员使用由氧化石墨烯纳米片制备的水性油墨，3-D Inks LLC的三轴机器人自动铸造系统和RoboCAD软件对3D打印的氧化石墨烯支架进行了3D打印。通过直径为410μm的针将支架打印到由16层均匀分布的杆组成的长方体中，这些杆相对于相邻层成直角放置。然后将结构放入液氮中冷冻10秒钟，然后将其冷冻干燥（冷冻干燥）并在石墨炉中以1200摄氏度进行处理以增强氧化石墨烯的还原作用，从而将其冷冻。 /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " color:=" " line-height:=" " 此时，3D打印的氧化石墨烯结构的尺寸为12x12x5mm。下一步涉及通过研究人员所说的溶胶-凝胶途径渗透氧化石墨烯支架，其中涉及低温凝胶与氨蒸气的交联。制备了包含原硅酸四乙酯，乙醇，去离子水和盐酸的两种溶液，分别称为SiO2溶胶（二氧化硅）和SiAl溶胶（二氧化硅-氧化铝）。将氧化石墨烯支架在不透气的容器中半浸入每种溶胶中五分钟，然后将其放置在刚好位于液面上方的静止平台上。将样品在室温下放置24小时，以通过氨催化引起浸渍结构的延长缩合和刚度。然后，用乙醇洗涤支架以除去任何蒸气残余物。 /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " img src=" https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/201214/1-2012140R50a63.jpg" title=" 比较不同材料的扫描电子显微镜（SEM）图像" alt=" 比较不同材料的扫描电子显微镜（SEM）图像" width=" 620" height=" 289" style=" text-align: center text-indent: 2em color: rgb(51, 51, 51) border: 0px " / /p p style=" padding: 0px 0px 10px margin-top: 0px margin-bottom: 0px color: rgb(51, 51, 51) text-align: center " microsoft=" " lucida=" " sans=" " font-size:=" " white-space:=" " text-align:=" " span style=" font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) " strong span style=" font-size: 14px font-family: arial, helvetica, sans-serif line-height: 2 " microsoft=" " 比较不同材料的扫描电子显微镜（SEM）图像。 （a）原始的氧化石墨烯支架，（b-e）氧化石墨烯-二氧化硅结构。图片来自《欧洲陶瓷学会杂志》。 /span /strong /span /p p style=" padding: 0px 0px 10px margin-bottom: 0px color: rgb(51, 51, 51) white-space: normal text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 10px " span style=" font-family: " microsoft=" " font-size:=" " line-height:=" " strong 结果和潜在应用 /strong /span br/ span style=" font-family:arial, helvetica, sans-serif" span style=" font-size: 14px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /span span style=" font-family: " microsoft=" " font-size:=" " line-height:=" " 研究人员发现，与未经处理的氧化石墨烯支架相比，3D打印的氧化石墨烯-二氧化硅结构保持高度多孔性，而其抗压强度提高了250-800％。混合结构也保持“显着的电导率”，但是主要的增强体现在结构的亲水性上。观察到脚手架的超细二氧化硅基覆盖物对结构的润湿特性有重要影响。与未经处理的氧化石墨烯支架相比，该结构变得完全亲水，而其吸水能力提高了十倍。氧化石墨烯-二氧化硅结构的增强性能表明它们可以适合用作吸收剂，污染物去除，气体感应，蓄热或在光催化水分解应用中使用。 /span /p

如今，气相制备色谱主要用于石油化工产品和挥发性天然产物的色谱纯样品制备领域发挥着重要作用。在化学化工医药等广泛采用的层析法以及薄层色谱就是最为典型的制备色谱，换言之，将分析色谱的进样量增大，同时得出大量的所需物质（馏分）的过程就是制备色谱。 石墨烯是石墨中剥离出的单层碳原子厚度的一种结构。据刘剑洪教授介绍，目前市面上比较主流的石墨烯制备方法主要有两种。其一是化学气相沉淀CVD法，主要利用的是化学反应冷却沉积的方式来沉积石墨烯。由于化学反应可控性不强，沉积所形成的石墨微片层数不稳定，其制备的石墨微片很难达到石墨烯的结构要求。第二种方法是氧化还原法，强氧化剂使石墨多层结构中，层与层之间的链接分开，从而得到石墨烯。这种方法市场认可，但是不能准确分离石墨层，并且化学反应会破坏石墨烯结构，产出的石墨微片很难达到市场化要求。 近年来，随着色谱技术的进步和发展，一种全新的制备色谱技术——高速逆流色谱（HSCCC）得到更广泛地应用。由于被分离物质与液态固定相之间能够充分接触，使得样品的制备量大大提高，是一种理想的制备分离手段。 相对于传统的固—液柱色谱技术，高速逆流色谱具有适用范围广、操作灵活、高效、快速、制备量大、费用低等优点。HSCCC技术正在发展成为一种备受关注的新型分离纯化技术，已经广泛应用于生物医药、天然产物、食品和化妆品等领域，特别在天然产物行业中已被认为是一种有效的新型分离技术；适合于中小分子类物质的分离纯化。 我国是继美国、日本之后最早开展逆流色谱应用的国家，俄罗斯、法国、英国、瑞士等国也都开展了此项研究。美国FDA及世界卫生组织（WHO）都引用此项技术作为抗生素成分的分离检定，90年代以来，高速逆流色谱被广泛地应用于天然药物成分的分离制备和分析检定中。 同时工业4.0时代到来，科学技术发展更加变得广泛，新型制备色谱技术将因工业制造业更加精细化发展变得更加具有市场前景。

无味无毒的气体一氧化二氮（N2O，nitrous oxide）可以通过生物和非生物两类过程形成，这导致大气中 N2O 浓度每年稳定增加 0.2-0.3 %。一氧化二氮是一种消耗臭氧的物质；它的全球变暖潜力超过了二氧化碳的 300 倍，因此已经被认为是 21 世纪最关键的人为排放物。微生物可以将 N2O 转化为 N2，这是反硝化过程的最后一步，这一反应完全由一氧化二氮还原酶（N2OR 酶）催化。大气中 N2O 释放和不断积累的一个主要因素是，在高流量氮的环境下，微生物还原 N2O 的能力有限。因此，利用 N2OR 酶的性能进行农业或生物修复应用是相当有意义的，这需要对该酶及其反应过程有一个详细的了解。除了 [ 4Cu:2S ] CuZ 簇，它还含有混合价的双铜电子转移中心 CuA，这使其成为目前已知最复杂的含铜酶。各种真核生物和原核生物酶在涉及氧运输、电子转移或氧化还原催化的过程中都会使用过渡金属铜，但其巨大的细胞毒性、对铁硫簇代谢的不利影响以及产生活性氧的倾向性，使得细胞内必须进行严格的平衡和调节。N2O 还原剂通过完全在细胞质外组装 CuA 和 CuZ 来规避与细胞内铜有关的风险，尽管 apo-N2OR 已经以折叠状态通过 Tat 途径被输出。然而，这种策略导致了新的复杂情况，特别是包括在周质中没有还原当量和高能化合物，如核苷三磷酸酯。I 族 N2O 还 原催化剂的共同结构包括两个核苷酸结合结构域（NosF）和两个跨膜结构域（NosY）。一些细菌输出体进一步与附属蛋白相互作用，以建立复杂的运输系统，NosD 蛋白被认为是与 NosFY 一起发挥这种作用。由于 NosDFY 的实际货物分子尚未被确定，不能排除 CuZ 成熟所需的周质硫源。为了了解 N2OR 成熟的分子基础，这项研究制作并表征了 NosDFY 复合物，并通过冷冻电子显微镜（cryo-EM）研究了它与 NosL 和 N2OR 的相互作用，揭示了由细胞质中 ATP 水解驱动的周质酶铜位点的顺序组装线。2022 年 7 月 27 日，德国弗莱堡大学生物物化学研究所所长奥利弗 艾因斯（Oliver Einsle）与美国范 安德尔（Van Andel）研究所首席研究员杜娟合作，在 Nature 发表其最新论文，题为《一氧化二氮还原酶的组装机制中的分子相互作用》（Molecular interplay of an assembly machinery for nitrous oxide reductase ） [ 1 ] 。该工作详细地解析了 N2OR 酶的三维结构和组装机理。▲图 | 相关论文（来源：Nature）p. stutzeri （施氏假单胞，一种革兰氏阴性细菌）在大肠杆菌中被生产为稳定的五亚基复合物 NosDF2Y2，并在膜部分溶解后通过色谱方法分离出来。NosF2Y2 异源四聚体形成了复合物的核心，45kDa 的 NosD 蛋白从其中突出到周质中，成为一个细长的 β 螺旋，与糖类结合的蛋白质以及糖水解酶家族具有结构相似性。NosD 的主轴从与 NosFY 对相关的双轴上倾斜，打破了分子的对称性。在 NosD-NosY 界面，NosD 的 C 端折叠成三个 α - 螺旋（hI-III），部分位于膜内，紧紧楔入 NosY 二聚体。▲图 | 无核苷酸状态下 P.stutzeri NosDFY 的三维结构（来源：Nature）为了描述 NosDFY 的 ATP 结合状态，研究者们产生了一个 NosF（E154Q）变体。在这一变体中，非活性谷氨酰胺取代了催化性谷氨酸残基 154，且该单点变体的 ATP 水解活性降低得十分明显。当在特定的背景下表达时，它会使得 N2OR 酶缺乏活性位点 CuZ 簇，从而导致功能失调。无效的 E154Q 变体使 NosF 处于 ATP 结合状态，正如其他 ABC 蛋白（ATP 结合盒式蛋白，ATP-binding cassette transporter）已经报道的那样。具体来说，ATP 的结合使得 NosF2 二聚体大幅度闭合，这一动作将直接传导到 NosY 二聚体，从而实现关闭跨膜间隙，最终诱导 NosD 在周质中发生复杂的构象变化。这一过程可以用三种主要的旋转模式来描述。▲图 | NosDFY 及铜与 NosD 的结合的构型动力学（来源：Nature）据悉，NosDFYL 在正十二烷基 β -D- 麦芽糖苷（DDM）中会被分离出来，并被重组到糖二醇胶束（GDN）和膜支架蛋白（MSP）纳米盘中，以 3.3- （纳米盘）或 3.04- （GDN 胶束）的分辨率进行冷冻电镜观察。NosL 在复合物中的位置立即变得清楚，其 N 端被解析到 NosL ( C24 ) 的脂质附着点，该位点正好位于膜界面，而脂质附着点本身并没有被解析。这种排列明晰了 NosL 实际上并不像以前提出的那样位于外膜中，而是位于细胞质膜的外叶中。▲图 | 无核苷酸的 NosDFY 接受来自 NosL 的 Cu+（来源：Nature）在三个组成部分的相互作用中，ATP 驱动的 NosD 的旋转运动控制着与其伙伴 NosL 和 N2OR 的相互作用，其具体相互作用模式见下图。负载铜的 NosL 只能在无核苷酸状态下与 NosDFY 结合，在这种状态下，NosD 上的铜结合点朝向膜，允许 Cu+ 从 NosL 转移到 NosD。随后 ATP 与 NosF 的结合引发了 NosD 的旋转，而与膜相连的 NosL 无法跟随，导致其释放。在这种构象中，NosD 现在可以通过相同的界面与 N2OR 相互作用，将其 " 含铜货物 " 转移到该酶的金属位点。然后 NosF 中的 ATP 水解使 NosDFY 回到其无核苷酸的开放构象，而 N2OR 二聚体向膜的移动最终将迫使其释放，并释放出 NosD 上 HMM 三联体的铜结合位点，以装载 NosL 的另一个金属阳离子。在任何一个方向，各自的相互作用伙伴的释放都是通过 NosD 的旋转运动机械地触发的，NosDFY 及其伙伴的复合物的结构十分详细地显示了 ATP 驱动的 NosD 的变形如何使单核伴侣 NosL 的单个铜离子逐步转移，最终组装成四核 CuZ 簇。因此，ABC 运体 NosDFY 作为一个跨膜能量转换器，动态地促进新生酶与 NosD 的铜供体的结合和分离，将一个主要的活性转运蛋白重新利用为 ATP 驱动的杠杆，跨越分隔两个非常不同的细胞区间的边界。▲图 | 铜从 NosL 经 NosDFY 到 N2OR 的运输模型（来源：Nature）总之，该研究以 NosDFY 与 NosL 和 N2OR 酶组成的复合结构为解析对象，这一结构中含有高度复杂的铜位点，利用冷冻电镜，复合结构的组装途径被完全展示。在这一途径中，NosDFY 作充当机械能量转换器的角色，而并不直接起到转运作用。这项工作是科学家首次解析如此复杂的 N2O 还原酶结构，将为微生物 N2O 降解提供完整的理论支撑，并有望推动 N2O 还原降解的技术研究。

1. 文章信息标题：Onion-ring-like g-C3N4 modified with Bi3TaO7 quantum dots: A novel 0D/3D S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation中文标题： 钽酸铋量子点修饰洋葱圈结构的石墨相氮化碳的S型异质结构的光催化析氢性能 页码：958-968 DOI： 10.1016/j.renene.2021.11.030 2. 期刊信息期刊名：Renewable EnergyISSN： 0960-1481 2022年影响因子： 8.634 分区信息： 中科院一区；JCR分区（Q1） 涉及研究方向： 工程技术，能源与燃料，绿色可持续发展技术 3. 作者信息：第一作者是 施伟龙（江苏科技大学）、孙苇（北华大学）（共同一作）。通讯作者为 林雪（北华大学），郭峰（江苏科技大学），洪远志（北华大学）。4. 光催化活性评价系统型号：北京中教金源（CEL-PAEM-D8，Beijing ChinaEducation Au-Light Co., Ltd.）；气相色谱型号：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。本工作利用SiO2微米球为硬模板和三聚氰胺为前驱体，通过空气化学气相沉积 （CVD）方法合成洋葱圈状结构的g-C3N4（OR-CN），且基于溶剂热法与0D Bi3TaO7量子点（BTO QDs）复合，形成0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂，在λ 420 nm的可见光驱动下，讨论了不同质量比的BTO/OR-CN化合物催化剂在2小时内的析氢性能。其中，0.3wt% BTO/OR-CN样品赋予了最佳的光催化析氢速率为4891 μmol g-1，且在420 nm处的表观量子产率（AQY）为4.1%，约是相同条件下的OR-CN的3倍。其增强的光催化活性归因于0D BTO量子点与OR-CN之间形成了S型异质结，有助于促进光生电荷载流子的分散，且增强了可见光吸收强度，此外，通过4次循环实验，发现0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂具有优异的稳定性，有应用前景。图1. 制备BTO/OR-CN化合物的实验过程如图1所示，BTO/OR-CN的制备是通过加入0.2 g的OR-CN在BTO的合成过程中，合成的样品命名为xBTO/OR-CN，其中x代表BTO在化合物中的质量比，分别为0.1%，0.3%，0.5%，1.0%。此外，为了比较，合成了块体g-C3N4（B-CN）和0.3%BTO/B-CN复合物，B-CN的合成是通过一步煅烧3 g三聚氰胺，550 °C加热4小时，升温速率为2.3 °C/min，从而得到黄色的产物。0.3% BTO/B-CN复合物的合成类似于0.3% BTO/OR-CN复合物的合成过程，仅仅用B-CN代替OR-CN。图2. BTO、OR-CN和不同复合物的XRD图如图2示，OR-CN、BTO以及不同质量比的BTO/OR-CN化合物（0.1%、0.3%、0.5%和1.0%）的XRD图表征晶体结构和结晶度。对于BTO样品，2θ在28.2°、32.7°、46.9°和58.4°属于Bi3TaO7的（111）、（200）、（220）和（222）面（JCPDS:44-0202）。OR-CN拥有两个衍射峰在13.1°（100）和27.4°（002），分别归因于芳香单元的层内结构堆积基序和层间堆积基序。至于BTO/OR-CN化合物，引入BTO没有影响OR-CN的相结构，当负载0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的BTO在OR-CN上，很难发现额外的BTO特征峰，这很可能是因为少量的BTO QDs。图3. OR-CN的SEM图（a）0.3% BTO/OR-CN复合材料的SEM图（b）TEM图（c）HRTEM图（d）和EDX图（e）如图3所示，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析制备的样品的结构和形貌。OR-CN样品呈现了洋葱圈形状，尺寸大约在150-200 nm。负载BTO QDs在OR-CN的表面上形成BTO/OR-CN复合物之后，OR-CN的洋葱圈结构没有改变，但表面变得更粗糙。为了进一步清晰地观察BTO/OR-CN化合物，0.3%BTO/OR-CN的TEM图展现了BTO QDs均匀地分布在OR-CN表面上且与OR-CN底物亲密的接触，这有助于电荷的分散和转移。同时，化合物的高分辨透射图（HRTEM）反映了BTO和OR-CN之间有好的界面接触，其中，晶格间距为0.27 nm与Bi3TaO7晶格面（200）相匹配。展现了成功地构造了0D/3D BTO/OR-CN异质结催化剂。0.3%BTO/OR-CN的EDX图揭示了C，N，Bi，Ta，O元素的存在，进一步证实BTO QDs锚定在OR-CN的表面上。图4. 光催化产氢（a）析氢速率（b）B-CN、OR-CN、及其0.3%化合物光催化产氢（c）析氢速率（d）循环实验（e）循环实验前后的XRD图（f）如图4所示，以300 W的氙灯作为光源（λ 420 nm），研究了制备的样品的光催化析氢活性。结果表明制备的BTO样品几乎不产氢，而OR-CN在2小时辐照过程中产生了相对较低的氢气，约为1736 μmol g-1，这是由于BTO对可见光的吸收较低和电子-空穴的快速重组所致。当耦合OR-CN和BTO之后，光催化析氢活性显著的增强，其中，最佳的0.3% BTO/OR-CN复合材料展现了析氢量大约是4891 μmol g-1，是单组分OR-CN样品的3倍左右。同时，0.3% BTO/OR-CN异质结光催化剂在420 nm波长表现出较高的表观量子产率（AQY）为4.11%。当BTO QDs的加入量从0.1%增加到1.0%时，光催化析氢性能呈现出先增后减的趋势，其中，最优的0.3% BTO/OR-CN样品的光催化性能优于其他复合样品，这是因为构建了S型异质结，加速了光生电荷的传输和分布。此外，在OR-CN上引入BTO QDs可以增加比表面积、提供更多的活性位点、增强光响应强度和延长光诱导电荷寿命。随着进一步增加BTO QDs的量，光催化产氢速率减小，这是因为过量的BTO QDs负载在OR-CN表面可能会影响BTO QDs的分散，且由于屏蔽效应阻碍OR-CN的光吸收效率。因此，负载合适量的BTO QDs有利于光催化产氢。此外，最优样0.3% BTO/OR-CN的产氢速率为2445.5 μmol g-1。为了比较，还合成了0.3%BTO/OR-CN复合物，制备的样品的析氢量和析氢速率的排序：0.3%BTO/OR-CNOR-CN0.3%BTO/B-CNB-CN，这表明CN的洋葱圈结构和化合物的异质结界面有利于提高光催化活性。经过四次循环实验，可以清晰地发现光催化析氢有轻微的降低。同时，XRD图也用于评价样品的稳定性，循环前后的XRD图没有发生改变。这些结果展现了制备的 BTO/OR-CN样品拥有优异的稳定性和光催化析氢活性。图5. MS图（a和b）S型异质结机理（c）BTO/OR-CN复合物光催化析氢中光生电荷分离转移机理（d）利用Mott-Schottky（MS）图确定OR-CN和BTO的能带结构。OR-CN和BTO样品的质谱图在1000、2000和3000 Hz处呈现正斜率，说明OR-CN和BTO具有典型的n型半导体特征。OR-CN和BTO在接触前的带位置存在偏差，OR-CN是一种费米能级较高的还原型光催化剂，而BTO是一种费米能级较低的氧化型光催化剂。此外，通过紫外光电子能谱（UPS）计算了OR-CN 和BTO的功函数，分析了界面电荷转移过程。确定OR-CN和BTO样品的二次电子截止边的结合能（Ecut-off）分别为16.921 eV和16.054 eV。然后，BTO和OR-CN在黑暗中密切接触后，OR-CN的CB上的电子自发地流向BTO，直到二者的费米能级达到相同水平。因此，OR-CN组分失去电子并携带正电荷，导致OR-CN的CB边缘向上弯曲，同时，BTO组分得到电子，电子在其CB上积聚，BTO带负电荷，导致CB边缘向下弯曲，从而，OR-CN和BTO界面形成内部电场。在可见光的照射下，电子在内部电场和库伦相互作用的驱动下由BTO的CB转移到OR-CN的VB上与空穴复合，此外，保留在OR-CN的CB上的电子和BTO的VB上的空穴将分别参与光催化氧化还原反应。基于以上的分析，提出了BTO/OR-CN光催化反应的可能的S型机理，在可见光的照射下，BTO和OR-CN中价带（VB）上的电子跃迁到导带（CB）上，价带上形成空穴，BTO导带上的电子可以转移到OR-CN的价带上并与空穴结合。由于OR-CN导带的电势比H+/H2（0 eV vs. NHE）更负，所以，H2O分子可以与电子反应生成H2。用三乙醇胺（TEOA）猝灭BTO价带上积累的空穴。

石墨烯是由一个碳原子与周围3个近碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层。理想的单层石墨烯片是由一层密集的碳六元环构成的，没有任何结构缺陷，厚度约为0.35nm，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。石墨烯是目前自然界最薄最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。目前石墨烯可量产的制备方法主要为氧化还原法和化学气相沉淀法（CVD）。其中氧化还原法的原材料为石墨，CVD法的原材料为甲烷、乙炔等含碳气体。目前的趋势是生产缺陷极小的高品质石墨烯。因此，CVD法在大多数应用中使用频率更高。石墨烯应用领域由于石墨烯具有优异的复合性能，虽然目前其下游应用还没有实现产业化，但是其潜在的应用领域非常广泛。在这些潜在应用领域中，应重点关注复合材料、过滤器、储能、晶体管、传感器、柔性透明电极等。表1 石墨烯潜在应用领域潜在应用领域具体应用医学组织工程、造影剂、生物医学传感器、药物输送、生物样品的过滤、DNA测序等电子晶体管、电极、量子点、自旋电子学、光电子学、光探测器、热管理、电子应用、填充的导电聚合物储能电池阳极、超级电容器、储氢电池过滤水蒸馏、分子过滤、乙醇蒸馏、生物燃料净化传感器压力传感器、纳米电子机械系统、气敏传感器、分子结合传感器、运动传感器、红外传感器、隐形眼镜、磁传感器其他领域建筑材料、润滑、电波吸收、声音传感器、冷却剂添加剂石墨烯的特性组合使其应用广泛。但需要注意，这些应用通常都需要石墨烯的导电性或机械性能。这就导致石墨烯在每个应用领域都存在竞争材料，且与之相比，石墨烯的性能表现各异。◆轻量化复合强化材料交通领域，特别是航空、航天和汽车行业，大部分应用都需要轻量化复合强化材料。以碳复合材料替代金属实现汽车的轻量化，可以有效提高能源效率。政府大力推动汽车能效提高也部分推动了产业的发展。而在轻量化材料的替代过程中，石墨烯将发挥重要作用。石墨烯的性能远超这些应用领域的需求。石墨烯是截至目前人类已知强度最高物质，与单壁碳纳米管相当；韧性是碳纤维的20倍；具有极高的拉伸强度。而且，自下而上的合成可使石墨长在铜或镍的泡沫上。利用催化金属进行蚀刻，可以产生多孔的轻质石墨烯泡沫。石墨烯在轻量化复合强化材料领域应用具有2方面优点：一是多层石墨烯氧化物，可作为3D打印材料；二是可以在催化金属泡沫上合成3D石墨烯或石墨烯气凝胶，其密度仅为0.16g/cm ，是现有最轻的材料。但与其他材料对比，石墨烯作为轻量化复合强化材料，也存在成本高的限制。纤维、纳米线和碳纳米管更容易制成性能高且成本更低的复合材料。石墨烯纳米带性能更为优异，但目前难以制备且价格昂贵。◆生物医学传感器生物医学传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，由固定化的生物敏感材料作识别元件，搭配适当的理化换能器及信号放大装置，构成的分析工具或系统。与碳纳米管相比，石墨烯同样是一种理想的生物传感材料，它拥有碳纳米管的廉价、环境友好、生物兼容性以及活性基团均匀分布等优点，同时，由于含有大量的羧基、羟基等官能团，石墨烯具有良好的溶解性能，这是碳纳米管所不具备的。另一种方法是使用石墨烯和金属薄膜传感器。由于石墨烯可使生物分子紧密结合，从而增强传感器的灵敏度。石墨烯结合得越紧密，传感器的电磁屏蔽效应越小。与其他材料相比，石墨烯可与现有材料相媲美或优于现有材料，但可能还不及其他无机二维材料。碳纳米管、纳米颗粒、纳米线官能化的微机电系统和半导体二维材料，如二硫化钼，也都具有直接功能性，敏感度在很大程度上取决于接受材料和介质。◆过滤器很多行业都需要过滤，包括化学品分离、生物样品提纯、海水净化等。由于石墨烯具有良好阻隔性、可调节纳米孔和可控层间距等性能，因此其在过滤器领域应用十分突出。石墨烯进行过滤有2种方法：一是利用石墨烯薄膜的孔隙过滤。由于水净化等过滤时会带来较高压力，过滤介质需具有较大的强度，而合成石墨烯通常缺陷较少，可视为绝佳过滤介质。石墨烯生产工艺的创新也进一步强化了这一优势。可调节孔隙利于过滤，这是因为只有小于孔隙的物质才可以过滤出去。通过控制氧化性介质添加时间，可进一步控制石墨烯孔隙的大小。二是将薄膜边缘朝上，这样物质就可以穿过石墨烯之间的层间距。这种方法主要用于海水淡化，因为石墨烯的层间距小于海水中的水合离子，可利用多层石墨烯氧化物来进行过滤。与其他材料相比，石墨烯存在不足：石墨烯与沸石的孔隙大小类似，而沸石已经应用于渗透蒸发脱盐，并且最新的研究证明沸石也可通过反渗透进行海水淡化。此外，沸石的孔隙率比石墨烯可控性更高。◆DNA测序石墨烯在DNA测序领域的应用看起来很有前景，但这一市场尚不成熟，现在与其他竞争材料对比还为时过早。石墨烯DNA测序的原理是将基于石墨烯的电子传感器与纳米孔结合使用。让单个DNA分子穿过石墨烯电子传感器，就像一串珠子穿过细小的铁丝网，从而实现实时、高通量的单分子测序。除此之外，还有许多其他类型的DNA测序方法，每种方法在成本、测序时间和准确性方面都各有利弊。相比其他几种方法，石墨烯纳米孔的缺点是吞吐量低，单层测序也不准确，而使用多层石墨烯可以显著提高精度。使用石墨烯进行DNA测序的优点在于可以长时间读取，而不需要将长链DNA分解成小片段。因此，这种方法具有成本低，且便携性高。目前DNA测序方法较多，很难确定哪一个将支配市场。初步调查结果表明，成本和准确性将是最大的驱动力。由于石墨烯传感器具有成本效益优势，因此随着DNA测序在医疗行业中的应用展开，石墨烯有望得到更广泛的应用。◆透明电极透明电极可广泛应用于显示器、触摸屏和太阳能电池等领域，其市场规模超十亿美元。但由于铟的稀缺性，其价格一直上涨，这一行业一直在寻求可替代铟锡氧化物的材料。此外，随着人们对柔性电子技术关注程度的不断提升，相对于刚性易碎的铟锡氧化物，新型透明电极更为追求柔性。而单层石墨烯的透明性和导电性，使其在这一领域的应用相对广泛。石墨烯的厚度和透明度相关。如果在90%透明度时柔性能够达到15Ω/m ，这就基本可适用于所有应用。单层石墨烯可实现这种薄层电阻，而大面积石墨烯，就没有额外的结电阻。由于竞争技术的出现和铟产量的增加，石墨烯在透明电极的应用有限。但石墨烯可用于柔性电子产品，它的表现优于其他纳米技术。随着人们对铟锡氧化物替代品的需求日益增长，一些替代品已经被开发和商业化。石墨烯和铟锡氧化物的主要竞争材料是金属纳米线、碳纳米管和金属网。目前已研究改进提高透明度和结电阻的技术。在过去的10年里，其他材料已实现产业化发展，石墨烯与其相比目前表现不佳。例如，C3 Nano Inc.公司能够实现30Ω/m ，90%的透明度，不足0.6%的模糊度；Rolith, Inc.公司的亚微米金属网能够达到5Ω/m ，96%的透明度，2%的模糊度；而我国无锡石墨烯企业能够实现150Ω/m ，84%的透明度，不足1%的模糊度。石墨烯薄膜可能会减少由于均匀性造成的模糊。石墨烯纳米带性能优于其他材料，其结电阻会降低。石墨烯和纳米技术结合发展比较有前景，这是因为石墨烯可进一步提高结电阻和提高导热系数。◆储能储能可广泛应用于包括便携式电子、汽车和可再生能源的储存等领域。由于环保的要求，可再生能源和新能源汽车的发展将推动这一产业的发展。用于长期放电、快速放电电池和超级电容器需要具有大表面积的材料来积聚和存储电荷。电池的电极也需要高导电性。人们已经开始研究石墨烯在电池和静电双层电容器中的应用。而这些应用中最好使用高品质石墨烯，如三维石墨烯，即石墨烯泡沫和气凝胶。高比表面积能够允许更大的能量容量；微米级孔隙允许电解液快速通过材料。石墨烯，特别是石墨烯泡沫，比现有标准电池优势更为明显。随着人们对储能应用兴趣的提升，石墨烯电极有望广泛应用于电池和超级电容器中。石墨烯在储能领域应用的竞争者是活性炭和石墨。活性炭是一种性价比高、具有高比表面积和纳米级孔隙的材料，这使它成为强有力的竞争者。由于活性炭目前已用于高端电池，石墨烯电极的性能必须非常优异，才能成为新的储能标准。与石墨烯相比，活性炭的主要缺点是孔隙之间的有限连通性，从而限制了电子输运。由于现有活性炭生产方法的限制，基本不可能实现孔隙互联互通的可控性。最近的研究表明，通过将碳源转化为相互关联的碳源，活性炭的性能可显著改善。而利用三维石墨烯改善了石墨烯电极的性能。表面积的增加大大提高了可以储存的能量总量。◆晶体管晶体管是电子学的基础，其研发趋势是更小巧、更有效的晶体管。以石墨烯为开关材料的晶体管在学术界得到了广泛关注。晶体管控制着电子的流动，电子拥有向上的或向下的自旋量子力学性能。石墨烯的高流动性使其具有潜在的场效应。此外，石墨烯能够保持电子在微米层面的自旋能力。石墨烯是不理想的自旋电子主动元件，它具有低自旋轨道耦合性。用石墨烯来操纵电子自旋是不可能的。掺杂石墨烯在自旋—轨道耦合方面有所改进，也就是说，以石墨烯作为自旋晶体管的开关材料仍需进一步创新。由于过渡金属硫化物等竞争材料具有较高性能，石墨烯作为高性能晶体管和自旋电子学活性元素的应用有限，但作为复合强化材料还是很有前途的。石墨烯本质上不是半导体。竞争对手包括各种半导体，从砷化镓等半导体，到二硫化钼等2D半导体。在这一应用石墨烯的主要缺点是，它是一种零带隙的金属。在没有带隙的情况下，石墨烯的关断电流相对较高。引入带隙可以解决这个问题，有2种方法可以实现：掺杂和量子尺寸效应。掺杂的稳定性和石墨烯纳米带的边缘效应都会产生影响。而过渡金属硫化物等半导体二维材料，在作为活性元素的性能方面是优于石墨烯的。而石墨烯在自旋电子学的距离内保持电子自旋的能力是非常罕见的。鉴于这种稀有性，石墨烯很可能实现在这一领域的应用。由于石墨烯不是自旋电子学理想的活性元素，因此需积极研究石墨烯与二硫化钼等复合材料，从而生产自旋电子器件，控制电子自旋。石墨烯产业化发展面临的挑战根据全球新材料研发的历史可以看出，新材料实现商业化成功的途径有2种，一是获得实时利益，二是经过多年研究寻找利基应用，最终发展成为广泛应用。但一种新材料最终会被另一种新材料所取代。石墨烯与这些新材料的不同在于，其应用领域发展快速，而这种快速的增长也会导致更多企业进入市场。石墨烯商业化过程将远快于其他新材料。石墨烯最初的商业产品是对现有产品的迭代改进，如加强头盔和增强现有产品的涂层。这种方法不需要在实验室中找到有利于市场的突破性特性。然而，石墨烯要实现在其他应用领域的广泛使用则需要其性能优于其他竞争材料。据预测，从长期来看，一旦实验室级性能石墨烯实现规模化商业化生产，这些领域的应用将会带来更大规模的石墨烯生产和应用。也就是说，可以实现潜在开创性应用的新型石墨烯目前正实现商业化生产。由于现有生产制备技术的创新，大规模商业化将在未来10年内发生。1. 高品质石墨烯成本过高高品质石墨烯，特别是应用定制石墨烯，供给量低，价格昂贵，将限制石墨烯在短期内的发展。此外，新型石墨烯的批量化生产还需进一步创新，如三维石墨烯、纳米纤维、石墨烯泡沫等。新型石墨烯可用于更多的应用领域，它们的生产对于行业发展至关重要。2. 应用市场过多缺乏聚焦石墨烯的应用领域过多，缺乏聚焦，导致石墨烯发展可能性多种多样，这将限制石墨烯产业的增长率。由于存在不同种类的石墨烯，而每种石墨烯的最理想应用并没有完全研究透，因此探索其所有的应用领域变得至关重要。用于不同应用的石墨烯研发方向多种多样，目前的研究并未聚焦到最有发展前途的方向上。另外，对于复合材料性能优异，发展前景良好。但由于石墨烯发展正处于初级阶段，研发十分困难，这就导致了更长的研发周期。3. 制备和处理工艺的限制为实现产业化，需要利用石墨烯的独特性质，但只有单层无瑕疵石墨烯才具有石墨烯的独特特性。因此，实现高品质石墨烯的生产非常具有挑战性，特别是实现商业化生产。石墨烯各层之间相互吸引，这使得制备石墨烯非常困难，剥离的石墨烯通常都有几层，而不是单层。与碳纳米管类似，要完全剥离出高纯度单层石墨烯，则需要超强酸。而利用CVD法制备石墨烯则更难避免多层。采用成核生长法合成石墨烯，将产生多个晶粒，从而存在晶界缺陷。限制沉积到单层膜也是非常困难的。此外，将石墨烯从催化表面转移到所需的衬底上会导致缺陷。因此，需要克服CVD合成石墨烯的这些挑战急需技术创新。4. 来自其他新材料的竞争石墨烯之所以独特是因为它的性能。但是，由于某些应用只是使用部分性能，因此，每种应用都有较强的竞争技术。对于每种应用来说，都有几种极具竞争力的替代技术。有些优于石墨烯，或是与石墨烯相媲美。这限制了石墨烯在特定领域的应用。全球石墨烯市场发展现状及预测1. 全球石墨烯市场发展现状●石墨烯市场处于萌芽状态由于石墨烯在十多年前才研发出来，目前石墨烯市场还处于萌芽状态，主要包括一些生产和供应企业。据最近关于石墨烯的市场报告显示，在过去几年中，石墨烯产业呈现快速稳定的增长态势，近期年均复合增长率超过30%，高达60.7%。目前企业的收入主要来自于研发类生产企业，而所有经营最终产品的下游应用初创企业几乎没有收入。虽然整个行业的销售有所增长，但个别石墨烯生产公司没有像先前预测的那样做得好。石墨烯生产技术的迅速发展导致了石墨烯生产商大量使用专有技术。一些石墨烯制造商却惨遭淘汰。达勒姆石墨烯科技公司拥有一个专有的自下而上合成方法，盈利400万美元，但4年后倒闭。此外，通用石墨烯公司也盈利870万美元。grafentek公司已经从生产石墨烯转型为生产透明导电氧化物/金属氢化物。●石墨烯生产企业股票表现欠佳尽管市场总体增长，但石墨烯和石墨生产商的股票一直在萎缩。这主要包括几个原因：一是许多关于石墨烯炒作和大型供应企业倒闭的新闻报道增加，人们对石墨烯发展的狂热预期幻灭；二是缺乏商业产品。与其他纳米技术公司一样，由于炒作被搁置，企业尚未实现大范围收购，股票价格从最高估值急剧下降。而一旦石墨烯开始产业化应用，预计石墨烯市场将增长。随着新加入者不断涌现，收购可能成为当前大企业保持市场地位的关键。2. 全球石墨烯细分应用领域市场增长预测预计在未来10年，随着石墨烯应用实现产业化，石墨烯行业将快速增长。石墨烯的应用推动力将从大学实验室转向大型企业。而复合材料、储能、水净化和音频等应用领域将获得最大程度增长。石墨烯产业最大的细分领域将是替代碳纤维在航空航天领域的应用。2020年以后，随着产业化应用领域的发展，特别是海水淡化技术的兴起，研发机构对石墨烯的需求将稳定增长，并成为石墨烯产业应用中规模较小的一部分。●轻量化复合强化材料领域预计在未来几年内，复合强化轻量化材料领域将以5%～10.6%的年均复合增长率增长，复合材料在航空航天领域应用将实现30亿美元产值，在汽车复合材料领域应用将实现产值140亿美元。这一领域产业发展的重点抢占高端轻量化应用市场份额，现有应用市场主要以碳纤维为主，其在航空航天复合材料领域市场份额达到73%，在汽车复合材料领域市场份额达到3%。未来石墨烯市场份额的抢占很可能取决于石墨烯气凝胶和交联氧化石墨烯膜的生产。在这2个领域，石墨烯的技术优势远超其他竞争技术。尽管复合材料产品已经开始应用，但航空航天领域应用的大幅增长预计需要3～7年；而汽车领域应用的大幅增长则需要5～10年。因此，未来需准确评估航空航天领域应用所能带来的收益；严格控制3D石墨烯生产加工，以确保材料的一致性和可靠性。随着3D石墨烯或纤维复合材料不断研发，石墨烯的市场份额将进一步增加。●音响设备领域音箱的小型化使得石墨烯在消费电子产品领域的应用增长，预计年均复合增长率达到17%。3D石墨烯可实现更薄、更小、更高效的音频驱动，因此3D石墨烯的可靠生产将进一步提高其市场份额。在未来3～5年，随着小型节能部件领域对石墨烯需求的增长，预计石墨烯在这一领域的应用将迅速增长。●储能领域未来几年，石墨烯在电池负极市场应用将实现3亿美元产值，年均复合增长达到24%；在超级电容器市场应用将实现1.4亿美元，年均复合增长率达到11%。石墨烯泡沫或其他微孔三维石墨烯将广泛应用，其性能将超越目前需要替代的能源存储电极材料。未来为扩大市场份额，需要改进现有3D石墨烯的生产，降低成本。随着电动汽车的广泛应用，对大容量电池的需求快速增长，以及包括再生制动和太阳能输出功率等应用需求的增长，对超级电容器需求的提升，预计石墨烯在这一领域的应用将在未来3～5年快速增长。●水净化领域未来几年，石墨烯在水净化领域应用的市场将达到120亿美元，年均复合增长率将达到13%。海水反渗透脱盐需要低成本、高通量渗透膜，而海水净化占这一领域市场的70%以上。只要全海水淡化系统的产量迅速上升，石墨烯就很有可能迅速占领市场份额。预计石墨烯将在未来3～5年内实现产业化应用，这期间需要一个较长的孵化期。随着石墨烯实现规模生产，在2020后将实现快速增长。3. 全球石墨烯市场空间预测到2025年，石墨烯在多个领域的应用有望实现快速增长，2017-2025年平均增长率达到72.8%（详见图）。这预示着特定领域应用的石墨烯生产将快速增长，在最有前景的应用领域使用的石墨烯、碳纤维或其他标准材料市场占有率将迅速增加。在后几年中，石墨烯的市场应用采纳率预计会增加，因为产业发展中期推出的初始产品将大大超过竞争对手。而在3D石墨烯实现规模化生产之前，任何意外的延误都会延缓这种快速增长。图 2017-2025年全球石墨烯市场空间预测石墨烯产业发展趋势展望1. 石墨烯生产趋势展望高质量石墨烯规模化生产的困难导致其生产成本较高。目前的生产趋势：一是努力克服高质量石墨烯批量生产加工的局限性。现有客户大部分都来自于学术或其他研究机构，由于其消费量较低，因此带来了潜在的石墨烯供给过剩。尤其是一些本已盈利数百万美元的石墨烯生产企业纷纷倒闭，这一事实更是印证了人们对此的判断。大部分石墨烯生产企业纷纷拓展业务，实现多元化生产，进行新应用产品生产，或投资应用企业。二是现有利基石墨烯的生产，如交联氧化石墨烯、3D石墨烯、纳米薄片、纳米带、量子点。所有这些石墨烯都只在研究初期，未来可用于某些应用，而基础石墨烯正逐步产业化。2. 石墨烯应用领域增长点展望由于现在已有大量企业涉足石墨烯生产领域，而且基于新的生产方法，未来还有更多的企业进入，石墨烯的生产制备还未达到预期的快速增长速度。未来还需要杀手锏级的应用来实现快速增长。●增长点一：更轻更小的储能设备石墨烯在更轻更小储能设备领域的应用将带动石墨烯生产、设备集成等应用领域的发展。电池的创新已落后于其他先进消费电子领域的创新。未来将进一步研发应用具有高导电性和多孔电极的大容量电池和超级电容器；研发新型石墨烯，如3D石墨烯，能够在保持高导电性的同时，实现表面积最大化，目前研发机构正在进行3D石墨烯的潜在规模化商业化研发，需要进一步转化成商业化应用；研发新型石墨烯在能源存储设施的应用；进一步提高高纯石墨烯的制备方法；在替代现有标准方面，这些能源存储设备的新性能将至关重要。●增长点二：复合强化轻量化材料石墨烯在超轻量化复合材料领域的应用将带动石墨烯生产、设备集成、商业化销售等应用领域的发展。石墨烯泡沫和石墨烯气凝胶是最轻最强的材料，这些材料可在现有应用领域替代其他诸如碳纤维等轻量化材料，其应用范围可覆盖从航空材料的轻量化到消费电子的高效播放器等领域。新型石墨烯将进一步实现规模化商业化发展。因此，需要石墨烯生产企业和应用企业进一步加强合作。随着创新的加快和知识产权保护的加强，在其他需要更强轻量化材料领域的应用将进一步展开。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 2004年，Andre Geim和Konstantin Novoselov分离出当前知名度最高的二维材料——石墨烯，并获得2010年诺贝尔奖。作为石墨烯的重要衍生物，氧化石墨烯可以通过预先对石墨进行氧化，然后再剥离石墨层而获得。随着剥离程度的不同，氧化石墨烯一般具有单层、双层、三层以及少层（一般为2-5层）和多层（6-10层）结构。由于氧化石墨烯具有的独特二维结构以及优异的电学性能、光学性能以及化学活性等特性，使得其在超级电容器、透光薄膜、催化触媒以及抗菌净化等诸多领域具有广泛的应用前景。同时，由于氧化石墨烯生产成本低廉，原料易得，同时拥有大量的羧基、羟基和环氧基等诸多含氧基团（图1），因此比其他碳材料更具竞争优势。目前，全球拥有成千上万的研究人员从事氧化石墨烯材料研发工作，很多中国高校和研究所都有这样的研究团队或研究人员。世界上有数千家公司在研发氧化石墨烯产品，包括众多的中国公司。 /span /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/77331f4f-7c4e-493b-adce-d0c4c84bb86d.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析1.png" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析1.png" style=" text-align: center text-indent: 0em max-width: 100% max-height: 100% " / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图1 氧化石墨烯结构示意图（a）和HRTEM图（b） /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于材料的尺寸、形状与材料的性能有着密切的关系，粒径是纳米材料最重要的表征参数之一。因此，获得尺寸及形状规则均一的氧化石墨烯纳米材料对于拓宽其应用领域，非常重要。然而，目前的制备技术一般获得的氧化石墨烯材料其尺寸以及形状均具有多分散性的特点。因而需要对产物进行处理，以获得尺寸及形状规则均一的氧化石墨烯纳米材料。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size: 20px " strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 氧化石墨烯粒径调控技术 /span /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前，针对于尺寸及形状多分散性的氧化石墨烯材料，其粒径调控技术主要有以下几种，现分别作简单介绍如下： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1）氧化切割法 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在石墨的氧化过程中，就石墨的内部碳原子而言，在氧化的开始阶段，石墨的sp2杂化结构将转变为sp3杂化结构，形成呈线状分布的环氧基，而后续的氧原子为了维持体系的稳定，将在环氧基线状分布的基础上，原位形成环氧基对。由于羰基比环氧基对的能量低，从而使得羰基在结构中具有更好的稳定性。因此，在氧化过程中，形成的环氧基对将原位转变为羰基，从而导致碳碳键断裂。如此循环，从而实现对石墨片的切割细化。而对于石墨边缘的碳原子而言，氧原子将首先与其结合并使石墨本身的碳碳键断裂，形成羰基。随着氧化反应的继续进行，从体系稳定性角度（能量最低），后续的氧原子将与内层（而非相邻）的碳原子结合形成碳氧键，同时再使内部碳碳键断裂。如此反复，进而实现对石墨片的切割作用。而该切割作用即可实现对氧化石墨烯产物粒径的调控优化。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2）离心筛选法 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 离心筛选技术是在离心力的作用下，利用被离心样品物质的沉降系数、浮力、密度的差别，进行分离、浓缩、提取制备样品。作为一种高效便捷的分离技术，离心筛选已被广泛应用于固/液混合物的分离提纯等领域。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在离心力场中，悬浮分散在水中不同粒径尺寸的氧化石墨烯会受到离心力的作用，而发生不同程度的沉降运动。通常，粒子的沉降速度与其粒径的平方成正比关系。也就是说，大粒子的沉降速度将大大快于小粒子。因此，通过高速离心，可以明显改善氧化石墨烯的粒径尺寸分布优化。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 3）超声细碎法 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 采用超声细碎技术，可明显加速多层氧化石墨烯的剥离，从而提高单层或少层氧化石墨烯的产率，同时对于细碎氧化石墨烯粒径尺寸以及优化其尺寸分布具有重要的作用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在适当的超声处理阶段，来源于超声波的震荡力会破坏氧化石墨烯之间的团聚（亦有利于层间剥离），同时粉碎细化氧化石墨烯，从而导致随着超声处理时间的延长，出现氧化石墨烯粒径尺寸的减小以及尺寸分布的窄化。当继续延长超声处理时间，由于此时的超声震荡力不足以再粉碎细化已经形成的较小尺寸的氧化石墨烯。因此，增加超声处理时间将不会再对氧化石墨烯的粒径尺寸起到粉碎细化作用。因此，在超声处理细化及优化氧化石墨烯粒径尺寸及其分布的过程中，存在临界处理时间。为了获得粒径尺寸及其分布满足需求的氧化石墨烯，必需选择适当的超声处理时间。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-size: 20px " strong 氧化石墨烯粒径测试方法 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 现阶段，针对于氧化石墨烯材料粒径的表征方法众多，现简要介绍几种常用的测试方法如下： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1）扫描电子显微镜 (Scanning& nbsp Electron Microscopy, SEM)& nbsp /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " SEM利用电子和物质的相互作用，以获取被测样品的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构等。SEM是对纳米材料尺寸和形貌研究最常用的方法。因此，该方法也常常用来测试表征氧化石墨烯的粒径尺寸状态（图2）。该方法是一种颗粒度观测的绝对方法，具有可靠性和直观性。但是，该方法的测量结果缺乏整体统计性，同时对一些不耐强电子束轰击的样品较难得到准确的结果。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/2a229252-f9c9-4537-9cb1-70fd8162027b.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析2.jpg" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析2.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图2 氧化石墨烯粒径SEM图 span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2）透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, TEM) /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " TEM是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子发生碰撞而产生散射，从而形成明暗不同的影像。TEM分辨率为0.1～0.2 nm，放大倍数为几万～百万倍，可用于观察超微结构。TEM是对纳米材料形貌、粒径和尺寸进行表征的常规仪器。该方法可直接观察氧化石墨烯材料的形貌和测定粒径大小（图3），具有一定的直观性与可信性。但是TEM测试的是材料局部区域观察的结果，具有一定的偶然性及统计误差，需要利用一定数量粒子粒径测量，统计分析而得到纳米粒子的平均粒径。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/b29af068-e379-4d3f-a146-92cc98809d46.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析3.jpg" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析3.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图3 氧化石墨烯粒径TEM图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 3）原子力显微镜 (Atomic Force Microscope, AFM) /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " AFM是利用测量探针与样品表面相互作用所产生的信号， 在纳米级或原子级水平研究物质表面的原子和分子的几何结构及相关性质的分析技术。AFM能直接观测纳米材料表面的形貌和结构。AFM测量粒子直径范围约为0.1nm~数十纳米，在得到其粒径数据的同时，即可观察到纳米粒子三维形貌。因此，该方法也常常用来测试表征氧化石墨烯的粒径形貌特征（图4）。同时，AFM可在真空、大气、常温等不同外界环境下工作，也不需要特别的制样技术，探测过程对样品无损伤，可进行接触式和非接触式探测等。但是，AFM测试观察范围有限，得到的数据不具有统计性，较适合测量单个粒子的表面形貌等细节特征。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/4ed4956d-b4ef-44ed-b765-1c76561c107e.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析4.jpg" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析4.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图4 氧化石墨烯粒径AFM图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 4）动态光散射 (Dynamic Light Scattering, DLS) /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 光通过胶体时，粒子会将光散射，在一定角度下可以借助于科学仪器检测光信号。DLS即通过测量样品散射光强度的起伏变化，而得出样品的平均粒径及粒径分布信息。DLS适用于氧化石墨烯工业化产品粒径的检测，测量粒径范围为1 nm~5 μm。该方法能够快速获得精确的粒径分布，重复性好，测试取样量较大，测试结果具有代表性。但是，其测试结果受样品的粒度以及分布影响较大，只适用于测量粒度分布较窄的颗粒样品，且测试中易受粒子团聚和沉降的影响。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 5）拉曼光谱法 (Raman)& nbsp /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 拉曼光谱法基于拉曼效应的非弹性光散射分析技术，拉曼频移与物质分子的转动和振动能级有关，不同的物质产生不同的拉曼频移。利用拉曼光谱可以对纳米材料进行分子结构、键态特征分析、晶粒平均粒径的测量等。因此，该方法也常常用来测试表征氧化石墨烯的晶粒平均粒径（图6）。拉曼光谱法灵敏度高，不破坏样品，方便快速。但是也存在测试结果易受光学系统参数等因素的影响，而且傅里叶变换光谱分析常出现曲线的非线性问题等不足。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/43519652-3c6c-44a6-8ea6-9b86f2893737.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析6.jpg" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析6.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图6 氧化石墨烯粒径Raman图 /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-size: 20px " strong 总结 /strong /span br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前，针对于尺寸及形状多分散性的氧化石墨烯纳米材料，其粒径调控技术主要有氧化切割法、离心筛选法、超声细碎法等。同时，纳米材料粒度的测试方法众多，不同的粒度分析方法均有其一定的适用范围以及对应的样品处理方法。因此，在实际检测时，应综合考虑材料的特性、测量目的、经济成本等多方面因素，确定最终选用适当的氧化石墨烯粒径测试方法。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 参考文献： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [1] Su C, Loh K P. Carbocatalysts: graphene oxide and its derivatives [J]. Accounts of Chemical Research, 2013, 46 (10): 2275-2285. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [2] Erickson K, et al. Determination of the local chemical structure of graphene oxide and reduced graphene oxide[J]. Advanced Materials, 2010, 22(40): 4467-4472. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [3] Bianco A, et al. All in the graphene family-A recommended nomenclature for two-dimensional carbon materials [J]. Carbon, 2013, 65: 1-6. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [4] He Y, et al. Preparation and electrochemiluminescent and photoluminescent properties of a graphene oxide colloid [J]. Carbon, 2013, 56: 201-207. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [5] Li Z, et al. How graphene is cut upon oxidation? [J]. Journal of the American Chemical Society, 2009, 131(18): 6320-6321. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [6] Fan T, et al. Controllable size-selective method to prepare graphene quantum dots from graphene oxide[J]. Nanoscale research letters, 2015, 10(1): 55. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [7] Khan U, et al. Size selection of dispersed, exfoliated graphene flakes by controlled centrifugation[J]. Carbon, 2012, 50(2): 470-475. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [8] Zhao J, et al. Efficient preparation of large-area graphene oxide sheets for transparent conductive films[J]. ACS nano, 2010, 4(9): 5245-5252. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [9] Krishnamoorthy K, et al. The chemical and structural analysis of graphene oxide with different degrees of oxidation[J]. Carbon, 2013, 53: 38-49. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " [10] Hu X, et al. Effect of graphite precursor on oxidation degree, hydrophilicity and microstructure of graphene oxide [J]. Nano, 2014, 9(3): 14500371-8. /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 作者简介： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 150px height: 196px float: left " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/cba3ceb4-db0b-42e1-a0b4-d802034691c1.jpg" title=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析7.jpg" alt=" 胡学兵：氧化石墨烯粒径尺寸的调控技术与测试方法浅析7.jpg" width=" 150" height=" 196" border=" 0" vspace=" 0" / 胡学兵，博士，硕士研究生导师。2014年博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所，现就任景德镇陶瓷大学教授。2008年和2017年分别在法国欧洲膜研究所和英国诺丁汉大学从事学术研修工作。主要从事面向环境、能源等应用的功能化石墨烯新材料及分离膜材料的研究开发工作。先后主持国家自然科学基金、江西省青年科学基金重大项目和江西省科技计划项目等各类项目10余项。2016年荣获中国科学技术协会全国科技工作者创新创业大赛金奖（江西省唯一），2017年荣获中国科学院开放基金项目一等奖，2018年“儒乐杯”江西省青年科技创新项目大赛全省前8强。先后在《Journal of Membrane Science》、《RSC Advances》、《Applied Surface Science》、《Journal of Porous Materials》、《Materials Letters》等期刊上发表学术论文67篇（SCI/EI收录39篇）。申请国家发明专利15项，已授权13项。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 12月18日，胡学兵教授将亲临由仪器信息网组织的 strong span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " “ a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 第二届‘纳米表征与检测技术’公益网络研讨会 /span /a ” /span /strong ，更深入地讲解氧化石墨烯粒径尺寸测试表征技术，机会难得，业内同仁和莘莘学子可以点击下方图片或链接报名参会，与胡教授互动交流。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong span style=" text-indent: 2em " 免费报名地址： /span /strong /span a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _self" style=" text-decoration: underline " strong span style=" text-indent: 2em " https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/ /span /strong strong span style=" text-indent: 2em " /span /strong /a /p p style=" text-align: center " span style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _self" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 664px height: 246px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/2206666c-651c-4189-ae79-e6c91973e92d.jpg" title=" 540_200.jpg" alt=" 540_200.jpg" width=" 664" height=" 246" border=" 0" vspace=" 0" / /a /span /p

日前，由中科院山西煤炭化学研究所（简称山西煤化所）独立提出并完成、历时4年修改完善的燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量国际标准，经中国、加拿大、韩国、德国等多国科学家审核后正式发布。　　该方法完善了石墨烯基材料测试标准体系，显著提高了石墨烯基材料灰分测试效率和分析结果的准确性，得到国内外科学家和产、学、研、检、用单位的高度认可。它是山西煤化所709课题组主持的第二项石墨烯领域国际标准。　　合格石墨烯有了新标准　　“我们提供了石墨烯材料生产全流程的灰分含量质量监控方法，解决了行业上下游的痛点。”山西煤化所709课题组长陈成猛、成员黄显虹介绍了该标准出台的幕后故事。　　近年来，石墨烯材料的应用场景逐渐增多，但杂质过多影响石墨烯产品品质乃至石墨烯复合材料性能，因此必须将材料灰分含量严格限制在一定范围内。石墨烯材料的灰分测量并无经验可借鉴，很多生产、使用石墨烯的企业对于灰分指标“束手无策”。这对全行业来说都是一项空白。　　“经过数年研究，我们认为杂质含量需要控制在0.1%以内。高于这个标准线的石墨烯产品便不合格，会影响下游石墨烯复合材料的制备和应用。”黄显虹表示，“目前，石墨烯行业实际上缺少很多关键性的控制和测试标准，灰分含量只是其中很小一部分，其测试方法标准化也仅仅开了个头。”　　2017年，709课题组向国际电工委员会提出了“石墨烯基材料-灰分含量：燃烧法”国际标准提案，向全世界行业专家征求意见，最终在2021年7月正式立项。该标准提案由黄显虹和陈成猛担任项目组组长。项目组利用4年时间打磨出一套低成本、高效率灰分测量解决方案。2022年11月4日，国际标准IEC/TS 62607-6-22（纳米制造-关键控制特性-第6-22部分：石墨烯基材料-灰分含量：燃烧法）正式发布。　　“我们每年向国际电工委员会纳米电工产品与系统技术委员会成员国科学家汇报两次进展。由于前期工作基础夯实，该标准提案自立项起一年半时间就正式发布，通过速度比大部分国际标准快很多。”黄显虹介绍。　　陈成猛表示，石墨烯领域国际标准的出台，将给各个国家出台自己的标准提供一个重要参照，最终很有可能被采纳为国家标准、行业标准。这对于加快壮大新生的石墨烯产业非常重要。　　实非不愿，而是不会　　从天然石墨到石墨烯材料的过程，就是通过各种手段将石墨薄片的厚度减小为几个石墨烯片层的过程。此时，材料的很多重要性质发生了改变。同时，很多产品受到生产过程中所用化学品的污染。这种“污染”与石墨烯的生产工艺密不可分。　　“无论是企业还是研究机构，无法测量石墨烯中的灰分实非不愿，而是缺少方法指导正确测试。石墨烯基材料存在的低密度、强静电、热膨胀效应让测量难以进行。”黄显虹表示。　　科学家在石墨烯片层之间引入的官能团刻蚀、破坏了片层的表面和边缘，扩大了片层之间的距离，而且这些片层的表面和层中间夹杂了很多阴阳离子杂质。利用热还原法制备石墨烯材料产生热膨胀效应，这是测量氧化石墨和氧化石墨烯灰分的最大难点。再加上石墨烯材料（还原氧化石墨烯）本身存在强静电且堆积密度极低，四处飞溅，严重影响测量准确性。　　科研机构常使用离子体质谱分析仪测试材料中的杂质，但价格昂贵、分析流程长，另外取样代表性不足。因此，709课题组推荐使用更常见且价格更低廉的马弗炉，并开发了一种可靠的检测方法，可以承载更大质量的样本。燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量具备了在全行业推广的条件。　　控制石墨烯“炸裂”　　为了掌控每一步生产过程，石墨烯各类中间品和最终产品都有必要随时监控杂质含量。“剥离”石墨烯片层的过程更像是“炸裂”的过程。　　709课题组基于对石墨烯制备技术的深刻理解和对马弗炉热膨胀现象的观测，针对取样、容器选择、称重方法和升温程序等环节，测试了上百次，提出了一系列解决方案。　　“关键就在一瞬间。我们最终把热膨胀效应变为‘延迟播放’，避开了氧化石墨烯‘炸裂’，使整个过程准确可控。”2019年夏天，黄显虹重复观察、捕捉不同氧含量的氧化石墨材料发生热膨胀效应的瞬间景象，实验总时长达到5000小时。　　“经过4年打磨，我们逐渐完善了一整套检测办法。在国际标准项目立项之前独自探索，在测试方法初具雏形后，我们向10家国内产学研机构发出比对试验邀请，得到了理想的数据。灰分测量的解决方案诞生了。”黄显虹介绍道。　　2020年，课题组完成了含氧官能团定量表征及Boehm滴定方法国际标准制定，2022年完成了燃烧法测量石墨烯基材料灰分含量的相关国际标准。陈成猛表示，这项国际标准完善了石墨烯基材料测试标准体系，使产学研机构有了测试分析工具，为规范和促进石墨烯行业健康有序发展提供了技术支撑。与此同时，石墨烯领域研究还需要厘清分歧、达成共识，国家标准制定工作任重道远。

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所吴正岩课题组、上海交通大学医学院教授邹多宏、中科院强磁场科学中心研究员钟凯合作，在石墨烯基磁共振纳米诊疗剂的开发上取得进展，相关成果在线发表在 em Nanoscle /em 杂志（DOI: 10.1039/C7NR07957E）上。 /p p 　　传统石墨烯基磁共振纳米诊疗剂存在两个问题，一是石墨烯二维材料尺寸较大，在活体中滞留时间较长，难以代谢，对活体器官造成潜在危害；二是接枝钆螯合物效率低，磁共振成像效果差，难以发现微小肿瘤。基于此，吴正岩研究组利用化学手段将氧化石墨烯裁剪成80-100nm尺寸的纳米片，使氧化石墨烯在活体内具有合适的滞留时间，且易于代谢出体外；同时，将裁剪后的氧化石墨烯与金属化的树状高分子接枝，提高氧化石墨烯表面钆螯合物含量，使磁共振成像效果显著提高。在小鼠体内实验结果表明，该纳米诊疗剂能够显著提高肿瘤组织对比度，增加肿瘤组织检测敏感度，对肿瘤展现很好的抑制作用，提高肿瘤的治疗效率。此外，该纳米诊疗剂具有很好的血管造影功能，为心血管疾病的诊断提供了积极思路。 /p p 　　研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部等的资助。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171213292827906380.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/4f0b4415-f0ed-4596-be1e-e45b64c77067.jpg" / /p p style=" text-align: center " 技术原理图 /p

超高效液相色谱-质谱(UPLC-MS)是近十多年迅速发展起来的高通量分析技术，广泛应用于环境科学、医学、药物研发等领域，是检测极性和中等极性有机化学物的黄金法则。然而，该技术隐藏着一些缺陷。如，一些化合物能在电喷雾离子源(ESI)上发生氧化还原反应 又如UPLC柱能产生强大的剪切力导致大分子化合物(如聚合物)断链。　　近期，在中国科学院广州地球化学研究所研究员彭先芝的指导下，博士研究生唐才明与广州质量监督检测研究院的工程师谭建华开展一项研究，发现和确证了还原性分析物在UPLC柱上的氧化反应(图1)，并成功研发出一种解决这种柱上氧化反应问题的方法。　　该课题组在一项天然产物分析研究中意外发现，多酚类植物提取物可能会在UPLC-MS系统中发生氧化反应，造成分析物信号降低且不稳定，由此导致无法有效的定量分析，定性分析也存在误判的风险。对此，研究人员利用高分辨质谱技术，联合柱后泵入还原剂溶液和分析物溶液的方式，确证了多酚类等易氧化分析物能在UPLC柱上发生氧化反应，且氧化程度显著(图2)。通过分析色谱图，研究人员推测氧化反应发生的位置应该为UPLC的出口端筛板，因此设计一系列实验验证了这一推断。最后，研究人员通过柱后泵入还原剂溶液的方式解决了UPLC柱上的氧化反应问题，并认为其原理可能是还原剂在高温的ESI中与氧化产物反应，将其还原至原分析物形态(图3)。　　这项研究成果对天然产物研究具有重要意义，并预期可能会在药物分析和蛋白质分析中发挥积极作用。国家质检总局公益基金为该研究提供了部分资助。　　文章信息：Tang, Caiming Tan, Jianhua Jin, Jiabin Xi, Shaofeng Li, Huiyong Xie, Qilai Peng, Xianzhi. Observation and confirmation of oxidation reactions occurring on ultra-high-performance liquid chromatography columns. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2015, 29(20): 1863-1873. DOI: 10.1002/rcm.7291.　　图1. 发生在UPLC-ESI-MS系统中的氧化还原反应示意图　　图2. 分析物在UPLC柱上发生氧化反应　图3. 分析物在UPLC柱上发生氧化反应及在有还原剂的ESI源中发生还原反应

中国许多城市目前正遭受着严重的空气污染，而氮氧化物被认为是导致空气污染的罪魁祸首。原因在于，氮氧化物排放造成的二次污染可以产生多种环境影响：酸沉降、水体富营养化、臭氧、PM2.5、气候变化…… 　　“因此，NOx(氮氧化物)排放控制是改善我国环境空气质量的关键。”近日，中国工程院院士、清华大学教授郝吉明在贵阳“第七届全国环境化学”大会报告上如此表示。 　　氮氧化物主要来自电厂燃煤烟气和汽车尾气。郝吉明说，仅通过锅炉优化燃烧和机内净化控制氮氧化物远不能满足日益严格的排放标准，“而选择性催化还原(SCR)氮氧化物为氮气是最有效的净化方法”。 　　该方法要用到脱硝催化剂——其功能在于促使还原剂选择性地与烟气中的氮氧化物发生化学反应。郝吉明说，关键在于高效低成本脱硝催化剂的设计，目前该领域主要聚焦在“高性能催化体系设计和复杂环境下技术适应性”两个方面。 　　SCR催化剂可以分为金属氧化物和分子筛两类催化剂，前者主要应用于燃煤烟气脱硝，后者用在柴油车尾气氮氧化物控制。 　　郝吉明说，我国燃煤烟气脱硝主流技术为NH3-SCR，但这一技术存在高温选择性差、抗中毒能力弱、工作温度窗口窄等问题，难以满足我国电厂复杂烟气排放特征(高灰高钙高硫)，及不同负荷宽工作温度下脱硝的需求。 　　而影响催化剂选择性及抗中毒和温度窗口的关键因素是脱硝催化剂的氧化还原性和酸性。 　　因此，郝吉明提出通过合理调控催化剂的氧化还原性和酸性，设计新的催化剂体系，从而最终解决上述难题的思路。 　　我国2003年前建设的电厂，由于没有预留脱硝空间，烟气脱硝装置被安装在除尘或脱硫之后，此时烟气温度已经降到200℃以下。要在如此低温条件下，将氮氧化物还原为氮气，对国内外学术界和工业界都是一个挑战。 　　郝吉明认为，解决这一问题的关键，仍然是探索新的活性组分。由于锰具有很好的低温活性，研究人员将二氧化锰应用到低温脱硝领域，最终发明了锰铈锡三元复合氧化物催化剂体系。目前该团队已完成了从原材料到脱硝催化剂制造的整个产业链工作，相继完成了小试、中试和产业化应用全过程。 　　在分子筛研究方面，当前国际上主要聚焦在小孔高硅CHA分子筛上。郝吉明研究团队发现，Cu/CHA分子筛具有优异的脱硝活性和氮气选择性，铜含量的增加会有效提高低温活性，且具有优异的抗水热老化和抗积碳能力，成为柴油车尾气净化的关键催化材料。 　　郝吉明说，下一步需要对不同排放源的氮氧化物开展污染控制，但关键的脱硝催化剂材料研究及应用仍然面临着三个方面的挑战。 　　一是再生及废弃催化剂如何资源化利用。“十二五”期间将大规模安装脱硝装置，脱硝催化剂市场良莠不齐，很难保证所有的脱硝催化剂都能够达到设计寿命，所以脱硝催化剂寿命和稳定性仍然是一个挑战。此外，将来大量的废旧催化剂如何再利用是下一阶段的研究课题。 　　二是推动烟气多污染物的协同控制。零价汞是全球性的大气污染物，燃煤烟气是汞的主要排放源之一，燃煤烟气汞的排放控制成为需要迫切解决的问题，研究如何能够在高效脱硝的同时氧化汞。 　　三是研发高效低成本分子筛脱硝催化剂。对于柴油车尾气中氮氧化物控制，虽然小孔分子筛负载铜的催化剂体系具有良好的脱硝性能及高热稳定性和抗积碳特性，但针对国内的劣质柴油，仍然需要解决催化剂的抗硫性能。 　　此外，替代燃料车尾气排放控制也面临难题。含氧替代燃料会造成尾气中氮氧化物排放量增加，提高了脱硝难度 不同燃料车尾气中非常规污染物(醛类、酸类等)的排放和危害也成为环境化学家必须关注的问题。

1.文章信息标题：Sunlight-drivenphotocatalyticoxidationof5-hydroxymethylfurfuraloveracuprousoxide-anataseheterostructureinaqueousphase中文标题：水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化页码：AppliedCatalysisB:Environmental320(2023)122006DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220062.文章链接https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220063.期刊信息期刊名：AppliedCatalysisB:EnvironmentalISSN：0926-33732021年影响因子：24.319分区信息：中科院一区Top涉及研究方向：化学4.作者信息第一作者是：云南大学张奇钊；通讯作者：云南大学方文浩。5.光源型号：CEL-HXF300-T3文章简介将5-羟甲基糠醛（HMF）选择氧化为2,5-二甲酰基呋喃（DFF）是糠醛类生物质平台分子转化利用的重要途径之一。DFF是合成糠基生物聚合物、药物中间体、杀菌剂以及荧光剂等的重要单体。传统的热催化氧化技术通常依赖于苛刻的温度和氧压，容易诱发安全和环境隐患。因此，迫切需要开发在温和条件下高效转化HMF为DFF的环境友好型催化体系。于是，光催化氧化技术，因为具有光生空穴和氧气存在下产生的活性氧物种可以在温和条件下驱动该反应的进行而成为科学家们研究的热点。然而现有的金属氧化物光催化剂的制备大部分较为复杂或者以有机试剂（即乙腈、三氟化苯等）作为反应溶剂导致较高的制备成本和环境污染。因此，非常需要低成本、易于制备和易于调节的氧化物催化剂。此外，使用水代替有机溶剂作为反应介质更环保，但对于金属氧化物催化剂来说可能具有很大的挑战性。因为作为副产物的水往往会阻碍正向反应，并且水也可能加剧金属浸出。基于上述研究背景，云南大学化学科学与工程学院方文浩教授课题组通过化学还原沉淀法制备了具有p-n异质结的(Cu2O)x‖TiO2光催化剂，实现了以H2O为反应溶剂，O2作为氧化剂，在无任何添加剂条件下高效利用太阳光催化氧化HMF制DFF。通过调变两种金属的比例和二氧化钛的晶相，深入研究了催化剂能带结构对反应机理的影响。研究发现Cu2O的含量决定HMF的转化率，而TiO2的晶相（即锐钛矿和金红石）影响DFF的选择性。通过清除剂实验研究揭示了空穴（h+）会将HMF深度氧化为CO2，而单线态氧（1O2）能够将HMF选择氧化为DFF。结合莫特肖特基曲线和价带谱数据可以推出半导体的能带结构，由此可得Cu2O的价带位置显然比HMF氧化为DFF的氧化电位更正，但比DFF的氧化电位更负。这表明Cu2O的价带上的光生空穴可以将HMF氧化成DFF，但不能进一步氧化DFF。相反，TiO2的价带位置比DFF的氧化电位更负，因此TiO2价带上的光生空穴能够进一步氧化DFF。p-n异质结的形成不仅抑制了TiO2上羟基自由基（•OH）的产生，而且还促进了O2在Cu2O上活化产生1O2。因此p-n异质结的形成增强了Cu2O的氧化还原能力同时增强了TiO2光利用效率。此外，通过光致发光谱，光电流响应以及电化学阻抗谱表征发现(Cu2O)0.16‖TiO2(A)具有最佳的光生电子和空穴的分离效率以及最佳的电荷迁移效率。与此相对应的，(Cu2O)0.16‖TiO2(A)催化剂在水相、35℃、10mLmin-1O2和模拟太阳光下的温和条件下（如图1所示），产生64.5mggcatal.-1h-1的DFF生成速率。这是目前文献报道的以水为反应介质金属氧化物光催化剂上取得的最佳结果。此外，该催化剂可直接在太阳光和空气下工作，且多次循环使用未见失活。该工作通过一系列的光电性质与形貌表征，深入揭示了异质结催化剂中两种半导体间的强相互作用。研究了在光催化反应过程中光生空穴与各个活性氧物种的作用。并通过能带结构解释了晶相与催化活性的构效关联问题。期望本研究建立的反应选择性和能带结构之间的关系可以应用于其他异质结光催化体系。

近日，由常州检验检测标准认证研究院作为主要起草单位申报的国际标准《氧化石墨烯结构表征：AFM和SEM测量厚度和横向尺寸》（英文名《Structure characterization of grapheme oxide flakes: thickness and lateral size measurement by AFM and SEM》）获得国际纳米技术委员会（ISO/TC229/JWG2）立项，标准号为ISO/AWI TS 23879。该项国际标准由常州检标院与中国计量科学研究院等四家单位联合起草，将对原子力显微镜（AFM）测量氧化石墨烯厚度方法和扫描电镜（SEM）测试氧化石墨烯横向大小方法作出规定，申报前期已进行10个国际实验室比对工作，预计2024年完成审批并发布。该标准填补了氧化石墨烯结构表征方面的国际空白，对提升常州在石墨烯标准化研究领域的国际影响力具有一定的推动作用。据了解，该标准描述了分别使用扫描电子显微镜 (SEM) 和原子力显微镜 (AFM) 测量氧化石墨烯 (GO) 薄片的横向尺寸和厚度的方法，包括样品预处理、测量程序和数据分析等，标准适用于表征粉末和液体分散体形式的氧化石墨烯。

乘风“碳中和”|变“废”为宝---二氧化碳还原反应产物分析方案王健二氧化碳Carbon Dioxide如何有效利用二氧化碳，使之转化为可利用的资源，是科技工作者研究的重要目标。其中二氧化碳的电催化、光催化、加氢还原等反应成为目前基础研究的热点，反应产物包括H2、O2、CO、C1-C4烃类、有机醇、酸、醛等，浓度范围随着反应机理不同变化比较大。气相色谱主要分析H2、O2、CO、CH4、C2-C4烃类，有机醇类。为了满足科研工作者的分析需求，赛默飞定制化气相色谱仪针对不同的反应流程，提供了多种解决方案。赛默飞定制化气相色谱仪应用于电催化反应装置赛默飞定制化气相色谱仪应用于光催化反应装置赛默飞定制化气相用于加氢催化反应装置 方案一 ：单分流进样口，二阀三柱，单TCD，双FID及甲烷转化器，三检测器方案。 反应特点：CO2电催化还原反应，原料气体为CO2，反应气体正压流动，可以采用阀进样方式与反应装置连接。主要产物包括：H2、CO、CH4、C2-C4烃类。其中H2检出限在5ppm以下，CO检出限1ppm以下，CH4等烃类检出限在1ppm以下。 方案特点：三检测器彼此独立，检测灵敏度高，可以检测到C4以上烃类，适合组分比较复杂的样品。 色谱图： 方案二 ：三阀三柱，TCD与FID串联及甲烷转化器，双检测器方案。 反应特点：CO2电催化还原反应，原料气体为CO2，反应气体正压流动，可以采用阀进样方式与反应装置连接。主要产物包括：H2、O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2，其中H2检出限在10ppm以下，O2、N2检出限在0.1%以下，CO检出限1ppm以下，CH4、C2检出限在1ppm以下。 方案特点：流路结构紧凑，同时分析包含C2的所有烃类组分和永久性气体，性价比高。如果样品量较少，可增加一个进样口实现注射器进样。 色谱图： 方案三 ：双分流进样口，三阀三柱，单TCD，双FID及甲烷转化器，三检测器方案。 反应特点：CO2光催化还原反应，反应装置保持真空负压，装置自带缓冲阀。反应产物包括：H2、O2、N2、CH4、CO及C2-C4烃类。为了满足用户多种进样方式需求，此方案设计了包括正压自动阀进样功能、手动注射进样功能、和负压手动阀进样功能。 方案特点：三通道同时分析，除常规的H2、O2、N2、CH4、CO外，毛细柱通道可根据需要分析更高烃类和有机醇、酸类。进样方式灵活，可以满足正压进样、负压进样和手动注射进样多种方式。 色谱图： 方案四 ：四阀四柱，单TCD，单FID，双检测器方案 反应特点：二氧化碳加氢还原反应，用于评价不同催化剂反应活性。原料气为CO2、H2，主要产物包括H2、O2、N2、CO、CO2、C1-C5烃类、醇类及苯系物，有机产物组成比较复杂。系统保持正压流动状态，可阀进样。 方案特点：双通道，通道1完成常规永久性气体分析，包括H2（可扩展）、O2、N2、CO，CO2。通道2完成烃类和醇类分析。系统流路紧凑，可实现无机气体、醇类、苯系物、烃类同时分析，性价比高。 色谱图： 结语：二氧化碳还原反应是当前的科研热点，分析需求大，不同的反应路线，产物和装置特点不同，同时用户对于仪器设备成本也有不同的要求。赛默飞定制化气相色谱仪可以根据用户不同分析需求，有针对性的做出多种配置方案，灵活多变，可靠耐用，是科研工作者可以信赖的分析伙伴。

“新材料之 王”是什么？ 石墨是的一种同素异形体，质软，黑灰色，有油腻感。高定向热解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)是指热解石墨，经高温处理使性能接近单晶石墨的一种新型石墨，简称HOPG。在2004年来自英国曼彻斯特大学的科学家们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二，不断重复操作，于是薄片越来越薄，最 后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。（▲三层碳原子构成的石墨结构分子示意图）在分离出单层石墨烯之前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，石墨烯的发现立即震撼了凝聚体物理学界。但是实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是一层甚至几层石墨烯。（▲由石墨烯构成的铅笔芯，图片取自央广网科普|习主席访英为何青睐&ldquo 奇迹材料&rdquo 石墨烯？2015-10-23） 石墨烯结构特点碳原子有4个价电子，石墨烯内部碳原子的3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成&pi 键，新形成的&pi 键呈半填满状态。形成的石墨烯为复式六角形晶格，每个元胞中有两个碳原子，每个原子与最近邻的 3个原子间形成3个&sigma 键，剩余的一个p电子垂直于石墨烯平面，与周围原子形成&pi 键。（▲石墨烯结构示意图，石墨烯的蜂窝状晶格包括两层互相透入的三角形晶格，每个子晶格A的格点都位于其他子晶格B确定的三角形中央，共同形成石墨烯的蜂窝状晶格）（▲石墨烯结构的波失空间，石墨烯的晶体结构与倒格子，所谓倒格子是与晶格空间相对应傅里叶变换出来的波矢空间，或称动量空间）（▲石墨烯能带结构图）我们可以看出在 K 和 K&rsquo 点附近，费米面附近的电子能量E与波矢 k成线性的关系，E= F|hk|v , 其中k为准粒子动量，Vf =106 m/s，为费米速度。色散关系是近似线性的，这等效于动量与能量的关系为线性，这也就表明电子的速度为常量，并不受动量与动能的影响。在这种情况下，薛定谔方程来描述粒子的运动已经无效了，我们需要运用引入了相对论效应的狄拉克方程来描述。关于石墨烯非常高的电子迁移率的原因也是由于狄拉克点的存在，由于量子隧穿效应的影响，电子有概率穿过高于自身能量的势场。石墨烯的优势有什么？由于存在这样的特殊结构，石墨烯具备了超高的载流子迁移性，也就具备了良好的导电性和极高的信噪比以及时间分辨率。所有性能都基于结构，所以，石墨烯同样还具备轻盈，高导热性，做同样的功所消耗电力少，化学反应性强，强度高，比表面积大，高弹性高硬度等特点，发热少等优点。这么多优点又如此应用广泛，难怪石墨烯被称为&ldquo 黑金&rdquo ，是&ldquo 新材料之 王&rdquo ！2004年被发现，发现者2010年就获得了诺贝尔物理学奖，连我们的习大大都去参观了曼彻斯特大学的石墨烯研究所呢！在笔者看来最重要的一个特点是，单层的石墨烯近乎透明，对于应用场景的限制大大减少了。石墨烯如何制备？石墨烯之父采用的是机械剥离法，这个方法较为简便，将天然石墨块放在干净的二氧化硅SiO2上，上方用透明胶带反复剥离，从而得到石墨薄片。根据菲涅尔定律，在外部光源照射下，石墨烯与SiO2基底之间会因反射光强不同呈现光学反差，并且这种光学反差随着石墨样品厚度增加有着明显改变，借此办法来确定石墨烯是否为单层或多层。这个方法虽然简便，但不适合大规模生产。除此之外还有氧化还原法, 取向附生法, 碳化硅外延法, 赫默法以及化学气相沉积法(CVD)。CVD法简单说来就是用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法，这也是目前科研机构制备石墨烯常用的方法。（▲化学气相沉积法CVD示意图）例如以铜Cu或镍Ni为基底，高温加热，并辅以甲烷作为碳源补充，使甲烷中的碳原子脱去氢，在基底上形成石墨烯。不同材质的基底对于碳原子溶解性不同，所以会产生&ldquo 石墨烯岛&rdquo 或&ldquo 石墨烯膜&rdquo ，通过控制气压高低可以获得单层石墨烯或多层石墨烯。 石墨烯的应用极高的信噪比和时间分辨率让石墨烯在生物电信号采集时具有极大的优势。目前的生物电传感器主要集中在膜片钳和微电极阵列，前者具备较高的空间分辨率，信噪比较好，但对生物体有损伤；后者没有损伤且可长时间记录生物体膜外信号，但是信噪比和空间分辨率相对较低。场效应晶体管是一种很好的代替微电极阵列的记录工具，利用场效应晶体管可以很好的记录小鼠大脑皮层或者海马区的神经电生理信号，也可以将其刺穿细胞膜来记录膜内电势差。这种技术信噪比较高，集成度也不错。石墨烯场效应晶体管和传统的场效应晶体管类似，但需要在石墨烯的表面做相应的修饰，使其能特异性识别某种分子或物质这样就既可以提高生物相容性和灵敏度，又能把石墨烯载流子迁移率高和载流子浓度高的特点发挥得淋漓尽致。上图为60通道石墨烯微电极阵列示意图，PI：1-&mu m-thick light-sensitive polyimide，即1微米厚光敏聚酰亚胺1，以此装置记录大鼠胚胎分离的神经细胞电生理活动。上图为石墨烯晶体管进行细胞电信号记录示意图，在柔性聚酰亚胺基底和透明基底(蓝宝石，玻璃，SiO2 /Si) 上制备了石墨烯液栅晶体管器件如上图所示，并用其记录小鼠初级海马神经元的神经信号2，因石墨烯材料透明的特点，同时结合倒置光学显微镜，观察细胞的光学特征。上图是石墨烯晶体管上培养的神经元细胞图，培养21天后的神经元进行免疫荧光染色2，DAPI(红色)和anti-Synapsin(绿色)染色，分别胞体和突触囊泡）机械剥离的石墨烯对心肌细胞电生理信号的记录3，A：在不同water gate potentias下记录的数据。蓝色、绿色和红色分别代表在 +0.05、+0.10 和 +0.15 V 下所记录。相应的灵敏度分别为 2020、398 和 2290 &mu S/V。B：所选栅极电位的代表性扩展峰值。蓝色类似于在石墨烯 FET 的 p 型器件极性处记录的结果，红色峰代表在n型器件极性处记录的结果，绿色峰代表在Gra-FET的狄拉克点附近记录的结果。上图为16通道石墨烯晶体管阵列记录HL-1细胞电生理信号4， 比例尺为100 &mu m。一个石墨烯场效应晶体管阵列中8个晶体管在数十秒（h）和数百秒(i)内同时记录电流的情况。图：细胞相容性测试，37摄氏度下，不同浓度纯石墨烯（上）和氧化石墨烯（下）处理Vero细胞后的存活率情况5。 石墨烯最 新应用研究近日，来自曼彻斯特大学的纳米医学实验室的研究者们利用利用石墨烯近乎透明的特点，监测脑缺血小鼠大脑皮层的电信号，并同时监测皮层血流灌注量变化情况，因为石墨烯近乎透明的性质，在激光成像下不会产生激光伪影（如下图所示）。（▲利用石墨烯透明的特点，监测脑缺血小鼠大脑皮层的电信号，并同时监测皮层血流灌注量变化情况，由RWD RFLSI Ⅲ激光散斑血流成像系统采集）总结石墨烯具备了许多神经电极活性材料的特性，如良好的相容性、化学稳定性、柔韧性、光学透明性和高导电性等，为更精 准的神经电生理研究提供了新的选择。识别下方二维码快来免费申请试用吧* 敬请期待下期内容，脑卒模型下的神经电生理相关特点。【参考文献】1：Du X, Wu L, Cheng J, Huang S, Cai Q, Jin Q, Zhao J. Graphene microelectrode arrays for neural activity detection. J Biol Phys. 2015 Sep 41(4):339-47.2. Veliev F, Han Z, Kalita D, Brianç on-Marjollet A, Bouchiat V, Delacour C. Recording Spikes Activity in Cultured Hippocampal Neurons Using Flexible or Transparent Graphene Transistors. Front Neurosci. 2017 11:466.3. Cohen-Karni T, Qing Q, Li Q, Fang Y, Lieber CM. Graphene and nanowire transistors for cellular interfaces and electrical recording. Nano Lett. 2010 Mar 10 10(3):1098-102.4. Hess LH, Jansen M, Maybeck V, Hauf MV, Seifert M, Stutzmann M, Sharp ID, Offenhä usser A, Garrido JA. Graphene transistor arrays for recording action potentials from electrogenic cells. Adv Mater. 2011 Nov 16 23(43):5045-9, 4968. 5. Sasidharan A, Panchakarla LS, Chandran P, Menon D, Nair S, Rao CN, Koyakutty M. Differential nano-bio interactions and toxicity effects of pristine versus functionalized graphene. Nanoscale. 2011 Jun 3(6):2461-4.

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 10月21日，石墨烯在纺织产业应用发展论坛在2019中国国际石墨烯创新大会上成功召开，石墨烯高端纺织应用代表专家齐聚一堂，交流了石墨烯纺织新材料的最新科研及产业化发展成果，期间，“石墨烯纺织新材料及产业应用研究院”正式揭牌成立。论坛由西安市政府、中国石墨烯产业技术创新战略联盟主办，西安工程大学和西安丝路石墨烯创新中心联合承办，相关领域专家学者、企业代表200余人参会。 /span br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/1aa721e7-f944-46af-ab4b-ae8fd488a9fd.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (2).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (2).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " strong 会议现场 /strong /span /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-indent: 2em " strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/2bd33252-6d34-4c25-9e7b-2779caffa905.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立.JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立.JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /span /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-indent: 2em " strong 贺辛亥主持揭幕仪式 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " 揭牌仪式由西安工程大学材料工程学院执行院长贺辛亥主持，出席的领导和嘉宾有国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春，西安工程大学副校长、纺织学院院长李鹏飞，浙江大学材料学院教授高超，中科院上海微系统所研究员丁古巧，陕西金澧科技有限公司总经理金党波，西安工程大学纺织学院科研副院长王进美，西安工程大学协同创新中心副教授马建华，国家经济技术开发区、浙江长兴国家大学科技园副主任胡斌、青岛加石墨烯科技有限公司李东一、西安丝路石墨烯创新中心副主任王丽萍、西安工程大学材料学院党支部书记张茂林，西安工程大学材料学院科研副院长苏晓磊等。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " “石墨烯纺织新材料及产业应用研究院”由西安工程大学与西安丝路石墨烯创新中心联合共建，旨在发挥双方资源优势，共同致力于石墨烯纺织新材料和新技术开发，促进科技成果转化应用，并为企业培养相关领域科技人才，促进石墨烯纺织新材料及产业应用可持续发展。研究院还将构建石墨烯在纺织领域应用推广平台，形成创新链、产业链、资金链的协同发展，为拓展石墨烯在纺织领域的市场应用提供有力支撑。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/2a19f9b1-f638-45f8-9676-c888ad499fae.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (3).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (3).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 李义春致辞 /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/aafa4044-84fc-4dcd-a89a-e4ae45f85c79.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (4).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (4).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 李鹏飞致辞 /strong /p p style=" text-indent: 0em " strong /strong /p p style=" text-align:center" img style=" width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/d2186bf8-0aca-4cd5-9cb6-e3ec8a019f3a.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (5).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (5).JPG" / /p p style=" text-align: center " strong 揭牌仪式 /strong br/ /p p style=" text-align:center" img style=" width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/07bcb6ca-56e8-485f-b984-d3058956205f.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (8).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (8).JPG" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong /strong strong 签约仪式 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会上，李义春秘书长和李鹏飞副校长相继致辞，并共同为“石墨烯纺织新材料及产业应用研究院”揭牌，王丽萍副主任、苏晓磊副院长代表双方单位为共建研究院签约。与会领导嘉宾共同上台见证了这一石墨烯在高端纺织应用领域的重要里程碑时刻，并合影留念。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/59f12475-97fb-4a74-a3df-a92623827635.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (9).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (9).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 浙江大学材料学院教授高超 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 揭牌及签约仪式后，在丁古巧研究员的主持下，论坛进入专家报告环节。高超教授首先做《纯石墨烯纤维及石墨烯复合纤维》报告。我国纺织业市场容量超万亿，从业人员2000万，化纤产量占全球70%，每年生产服装高达456亿件，但是中国纺织行业却也存在缺乏知识产权、核心技术和高端品种的不足。高超强调，石墨烯纤维正是促进中国从纤维大国走向纤维强国，为中国制造2025担当硬科技产业革命先导，实现国人的新时代健康小康生活的重要推手。报告中他介绍了自己科研团队的一系列石墨烯复合纤维科研成果，2010年首次研制成功的氧化石墨烯-尼龙6原位聚合复合纤维荣获IGCC颁发的全球首个单层氧化石墨烯及多功能石墨烯复合纤维认证证书；多功能石墨烯复合纤维，具有可添加多功能、耐水洗、无重金属添加、手感纤细顺滑，无皮肤瘙痒等优势，该成果目前已经实现石墨烯与锦纶、涤纶、氨纶等的复合。纯的石墨烯碳纤维一项是美日等发达国家控制、禁运的高端产品，报告中，高超还介绍了由其团队首创的由天然石墨制备碳纤维的新途径。通过对石墨进行化学剥离得到氧化石墨烯，再经过湿法纺织得到石墨烯新型碳纤维。这一中国自主知识产权的成果具有结构功能一体化，微结构设计性强等优势。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/e518ec40-f16f-484e-98fa-39c07d0f2047.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (11).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (11).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 陕西金澧科技有限公司总经理金党波 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 身穿自研石墨烯西服的金党波总经理做了《石墨烯对未来纺织业的影响》报告。他介绍了金澧科技研发团队、产品及经营状况介绍。他表示，纺织品的可纺性是第一要素，其团队研发产品可在不改变任何行业机械、加工设备的前提现，提高纺丝的纤维强度，并且提升了20% 的弹性。他表示随着石墨烯制备的成本不断下降，石墨烯在穿着舒适性、可纺性、功能性特征等方面的优势将更加凸显。展望未来，他认为石墨烯定会取代正常面料，石墨烯服装终有一天，也将成为服装市场的主导产品。 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/a3d66b9b-0e92-4e7b-8919-d2ddf3e4f4f3.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (15).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (15).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /span /p p style=" text-align: center " strong 西安工程大学纺织学院科研副院长王进美 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 现如今，生活环境的不断恶化促使了细菌的繁殖和各种传染病的增加。另一方面现代电子科技的高速发展和移动无线技术的日益普及，也催生了第四大公共污染源——电磁辐射。因此研究开发新型抗菌材料和电磁屏蔽材料已成为当今科研领域的热点之一，石墨烯凭借众所周知的优异性能，在相关功能纺织品上的应用日益广泛。王进美教授以此为切入点，带来了《智能调温石墨烯复合功能纺织品开发与性能》报告。其团队用（改进）Hummers法制备了氧化更彻底的氧化石墨烯，采用上浆工艺用氧化石墨烯分散液对棉纱、涤棉纱进行处理，并织造成布，其成品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌具有优异的抗菌性，并具有出色的电子屏蔽特性。报告中，王进美详细介绍了这一成果的制备加工工艺以及相关的检测方法及指标参数。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/f5f7840c-3892-4688-a64e-bfe5aa0a1ab3.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (14).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (14).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 西安工程大学协同创新中心副教授马建华 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 马建华副教授做《石墨烯规模化制备及其在纺织结构传感器领域的应用》报告，《石墨烯规模化制备及其在纺织结构传感器领域的应用》报告，其团通过引入可电离基团、碱性体系中的离子化、机械剪切剥离等方法的有机结合，实现了超高浓度大尺寸氧化石墨烯的制备方法，最大尺寸可达128um。利用这一成果，马建华团队制备了浓度低至20ug/ml的LGO凝胶，并且通过3D打印获得了形状可设计的石墨烯三维结构体。该结构体具有极低的密度、良好的导电性和极高的比强度。在此基础上，其团队继续通过3D打印，结合正弦波的网状结构设计，制备了PDMS/石墨烯柔性传感器。他们成功研制了灵敏度、拉伸应变更高达350%的石墨烯复合导电纤维，并通过针织、机织或者编织实现功能织物的制备，进而通过结构设计实现其在应变传感以及柔性可穿戴领域的应用。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 400px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/995c4da7-3d84-47d6-8f87-c8170e4c5a6c.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (13).JPG" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (13).JPG" width=" 600" height=" 400" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 中科院上海微系统研究所研究员丁古巧 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 丁古巧研究员报告的题目是《亚微米尺寸石墨烯定制及其在纤维领域的应用探索》。石墨烯材料的成本是桎梏其应用的敏感原因，石墨烯的制备技术和能力也决定了产业的加速度。报告中，丁古巧首先介绍了其所在的上海烯望材料科技有限公司的石墨烯生产线情况，包括可在常温快速氧化2-4h，只用浓硫酸等3种试剂，并采用Go与浓硫酸压滤分离，提高重复利用率并减少污染排放的氧化还原石墨烯生产线；可生产亚微米尺寸、水性分散、强碱兼容、分散剂兼容的石墨烯产品的的机械剥离生产线；以及生产石墨烯单层率高、可控性高、生产污染性同比氧化还原法大幅降低的电化学生产线。在此基础上，丁古巧团队研发了一系列具有优异特性的石墨烯改性纤维。通过对亚微米石墨烯进行湿法纺丝、熔融纺丝，制备了石墨烯复合纤维，进而研制了一系列拥有抗菌、导电、抑螨、远红外、抗紫外等优良特性的石墨烯改性面料，并继续往下游延伸，成功研制了石墨烯智能点电灸膜。另一方面研制了Gr-PVDF 压电传感，通过水与石墨烯的共同诱导，得到了高压电相含量的PVDF/石墨烯涂布。进而通过结构设计，成功搭建了反应非常灵敏的Gr-PVDF-TPU应变传感装置，该成果已在跆拳道计分、心脏监测等方面进行了应用。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 822px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201910/uepic/8f804898-7d36-4525-9a14-f5c40d4a8df7.jpg" title=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (12).jpg" alt=" 重磅里程碑！石墨烯纺织新材料及产业应用研究院揭牌成立 (12).jpg" width=" 600" height=" 822" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 会议研讨剪影 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 论坛取得了巨大的成功，期间，报告嘉宾们与参会专家学者进行了大量卓有意义的学术研讨，并与多个石墨烯制备、加工、应用企业达成了产业合作的初步意向，论坛取得了巨大的成功。王丽萍副主任会后表示，主题明确，贴近实际应用和产业化，正是本次论坛乃至整个2019中国国际石墨烯创新大会的创新之一，希望通过这样的模式，在汇聚石墨烯最新学术成果交流碰撞的同时，促进整个石墨烯行业产学研更好的结合与发展。 /p

摘要：石墨烯具有目前已知材料中最高的热导率，在电子器件、信息技术、国防军工等领域具有良好的应用前景。石墨烯导热的理论和实验研究具有重要意义，在最近十年间取得了长足的发展。本文综述了石墨烯本征热导率的研究进展及应用现状。首先介绍应用于石墨烯热导率测量的微纳尺度传热技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后展示了石墨烯热导率的理论研究成果，并总结了石墨烯本征热导率的影响因素。随后介绍石墨烯在导热材料中的应用，包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的成果进行总结，提出目前石墨烯热传导研究中存在的机遇与挑战，并展望未来可能的发展方向。关键词：石墨烯；热导率；声子；热界面材料；悬空热桥法；尺寸效应1 引言石墨烯是具有单原子层厚度的二维材料，因为其独特的电学、光学、力学、热学性能而备受关注。相对于电学性质的研究，石墨烯的热学性质研究起步较晚。2008年，Balandin课题组用拉曼光谱法第一次测量了单层石墨烯的热导率，观察发现石墨烯热导率最高可达5300 W∙m−1∙K−1，高于石墨块体和金刚石，是已知材料中热导率的最高值，吸引了研究者的广泛关注。随着理论研究的深入和测量技术的进步，研究发现单层石墨烯具有高于石墨块体的热导率与其特殊的声子散射机制有关，成为验证和发展声子导热理论的重要研究对象。对石墨烯热导率的研究很快对石墨烯在导热领域的应用有所启发。随着石墨烯大规模制备技术的发展，基于氧化石墨烯方法制备的高导热石墨烯膜热导率可达~2000 W∙m−1∙K−1。高导热石墨烯膜的热导率与工业应用的高质量石墨化聚酰亚胺膜相当，且具有更低成本和更好的厚度可控性。另一方面，石墨烯作为二维导热填料，易于在高分子基体中构建三维导热网络，在热界面材料中具有良好应用前景。通过提高石墨烯在高分子基体中的分散性、构建三维石墨烯导热网络等方法，石墨烯填充的热界面复合材料热导率比聚合物产生数倍提高，并且填料比低于传统导热填料。石墨烯无论作为自支撑导热膜，还是作为热界面材料的导热填料，都将在下一代电子元件散热应用中发挥重要价值。本文综述了石墨烯热导率的测量方法、石墨烯热导率的研究结果以及石墨烯导热的应用。首先介绍石墨烯的三种测量方法：拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法。然后介绍石墨烯热导率的测量结果，包括其热导率的尺寸依赖、厚度依赖以及通过缺陷、晶粒大小等热导率调控方法。随后介绍石墨烯导热的应用，主要包括高导热石墨烯膜、石墨烯纤维及石墨烯导热填料在热界面材料中的应用。最后对石墨烯导热研究的发展进行展望。2 石墨烯热导率的测量方法由于石墨烯的厚度为纳米尺度，商用的测量设备(激光闪光法、平板热源法等)无法准确测量其热导率，需要采用微纳尺度热测量方法。常见的微纳尺度传热测量技术包括拉曼光谱法、悬空热桥法、3𝜔法、时域热反射法等几种。下面将重点介绍适用于石墨烯的热导率测量方法。2.1 拉曼光谱法单层石墨烯热导率是研究者最感兴趣的话题。2008年，Balandin课题组最早用拉曼光谱法测量了单层石墨烯的热导率。单层石墨烯由高定向热解石墨(HOPG)经过机械剥离法得到，悬空于刻有沟槽的SiNx/SiO2基底上，悬空长度为3 μm。测量时，选用拉曼光谱仪中波长为488 nm的激光同时作为热源和探测器，光斑大小为0.5–1 μm。激光对石墨烯产生加热作用导致石墨烯温度升高，而石墨烯拉曼光谱的G峰和2D峰随温度产生线性偏移，从而可以得到石墨烯的升温。利用热量在平面内径向扩散的傅里叶传热方程，可以得到石墨烯的平面方向内热导率。通过这一方法，测得石墨烯热导率测量结果为（5300 ± 480） W∙m−1∙K−1，是已知材料中热导率的最高值。拉曼光谱法第一次实现了单层石墨烯热导率的测量，但是其测量过程中存在较大的误差，导致不同测量结果存在差异：材料热导率由傅里叶传热方程计算得到，其中材料的吸收热量Q和升温ΔT两个参数都难以准确测量。首先，测量过程中采用了石墨块体的光吸收6%作为吸热计算的依据，与单层石墨烯在550 nm的光吸收率2.3%存在较大差异，导致测量结果可能被高估一倍左右。其次，升温ΔT通过石墨烯拉曼光谱G峰和2D峰的红移或反斯托克斯/斯托克斯峰强比计算得到，两者随温度变化率较小，需要较高的升温(ΔT ~ 50 K)，导致难以准确测量特定温度下的热导率。基于拉曼光谱法，研究者不断改进测量技术，降低实验误差。在早期测量中由于石墨烯下方的SiNx基底热导率较低，约为5 W∙m−1∙K−1，在传热模型中将SiNx视为热沉存在一定误差。后来，Cai等通过在带孔的SiNx/SiO2薄膜表面蒸镀Au的方式，提高了石墨烯的接触热导，满足了热沉的边界条件，同时用功率计实时测量了石墨烯的吸收功率。同时，由于石墨烯覆盖在SiNx/SiO2薄膜上有孔和无孔的区域，可以分别测量悬空石墨烯和支撑石墨烯的热导率。张兴课题组使用双波长闪光拉曼方法，引入两束脉冲激光，周期性地加热样品并改变加热光与探测光的时间差，这样做可以将加热光和探测光的拉曼信号分开，为准确测量样品温度提供了新思路。在后续的研究中，拉曼光谱法也被应用于h-BN、MoS2、WS2等二维材料热导率的测量。2.2 悬空热桥法悬空热桥法是利用微纳加工方法制备微器件并测量纳米材料一维热输运的常用方法，多用于纳米线、纳米带、纳米管热导率的测量。微器件由两个SiNx薄膜组成，每个SiNx薄膜连接在6个SiNx悬臂上，并且沉积有Pt电极用作温度计，两个薄膜分别作为加热器(Heater)和传感器(Sensor)，样品悬空加载薄膜上，电极通电后加热样品，通过电极电阻的变化测量样品的升温，从而计算热导率。Seol等最早将这一方法应用在石墨烯热导率的测量中，石墨烯被制备成宽度为1.5–3.2 μm，长度为9.5–12.5 μm的条带，覆盖在厚度为300 nm的SiO2悬臂上，两端连接在四个Au/Cr电极上作为温度计，测量得到SiO2衬底上的单层石墨烯热导率为600W∙m−1∙K−1。SiO2衬底上石墨烯热导率低于悬空石墨烯热导率及石墨热导率，是因为ZA声子和衬底间存在较强的声子散射。悬空热桥法的挑战在于如何将石墨烯悬空于微器件上，避免转移过程中出现石墨烯脱落、破碎的问题 。Li 课题组通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)保护转移法首先实现了少层石墨烯热导率的测量：首先将机械剥离法得到的少层石墨烯转移到SiO2/Si衬底上，然后旋涂PMMA作为保护层，用KOH溶液刻蚀SiO2并将PMMA/石墨烯转移至悬空热桥微器件上，再利用PMMA作为电子束光刻的掩膜版，通过O2等离子体将石墨烯刻蚀成指定大小的矩形进行测量。Shi课题组利用异丙醇提高了石墨烯的转移效率，测量了悬空双层石墨烯的热导率。Xu等进一步改良了实验工艺，通过“先转移，后制备悬空器件”的方法实现了单层石墨烯热导率的测量：首先将化学气相沉积(CVD)生长的单层石墨烯转移到SiNx衬底上，再利用电子束光刻和O2等离子体将石墨烯刻蚀成长度和宽度已知的条带，然后沉积Cr/Au在石墨烯两端作为电极，最后用KOH溶液刻蚀使其悬空。这一方法的优势在于避免了PMMA造成污染，但是对操作和工艺都提出了很高的要求。悬空热桥法也被应用于h-BN、MoS2、黑磷等二维材料热导率的测量。基于悬空热桥法，李保文课题组进一步发展了电子束自加热法，利用电子束照射样品产生加热，消除通电加热体系中界面热阻造成的误差。2.3 时域热反射法时域热反射法(Time-domain thermoreflectance，TDTR)是一种以飞秒激光为基础的泵浦-探测(pump-probe)技术，由Cahill课题组于2004年基于瞬态热反射方法提出，常用来测量材料的热导率和界面热导。在时域热反射法测量中，一束脉冲飞秒激光被偏振分束镜分为泵浦光和探测光，泵浦光对待测材料进行加热，探测光测量材料表面温度的变化。泵浦光和探测光之间的光程差通过位移台精确控制，并在每一个不同光程差的位置进行采样，得到材料表面温度随时间变化的曲线，这一曲线与材料的热性质有关。通过Feldman多层传热模型进行拟合，得到材料的热导率。实际测量中 通 常 在 材 料 表 面 沉 积 一 层 金 属 作 为 传 热 层(transducer)，利用金属反射率(R)随温度(T)的变化关系(dR/dT)，通过探测金属反射率的变化检测材料表面温度变化。时域热反射方法的优点在于能够同时测量材料沿c轴和平面方向的热导率，并且能够得到不同平均自由程声子对于热导率的贡献。Zhang等利用这一方法同时测量了石墨烯沿ab平面和c轴方向的热导率，发现石墨烯沿c轴方向的声子平均自由程在常温下可达100–200 nm，远高于分子动力学预测的结果。测量不同厚度的石墨烯(d = 24–410nm)表现出c轴方向热导率随厚度增加而增加的现象，常温下的热导率为0.5–6 W∙m−1∙K−1，并且随着厚度增加而趋近于石墨块体的c轴热导率(8 W∙m−1∙K−1) 。这一现象反映出，在常温下石墨烯c轴方向热导率是由声子-声子散射主导，为探讨石墨烯的传热机理提供了实验支撑。时域热反射方法的局限在于难以测量厚度较小的样品，这是因为当热流在穿透样品后到达基底，需要将基底与样品之间的界面热阻、基底的热导率作为未知数在传热模型中进行拟合，造成误差较大。对于块体石墨，时域热反射方法测量平面方向热导率为1900 ± 100 W∙m−1∙K−1，与Klemens的预测结果一致。对于厚度为194 nm的薄层石墨，测量热导率为1930 ± 1400 W∙m−1∙K−1，误差明显增大。Feser等通过调控光斑尺寸改变传热模型对石墨平面方向传热的敏感度，利用beam offset方法测量了HOPG热导率。Rodin等将频域热反射(FDTR)与beamoffset的方法结合起来，同时准确测量了HOPG的纵向和横向热导率。Chen课题组发展了无传热层(transducer less)的二维材料热导率测量方法，这种方法既可以采取FDTR频域扫描的测量方式，也可以与beam-offset方法结合，提高对平面方向热导率测量的准确度。这些测量方法为薄层材料热导率测量提供了可能的技术路径，即通过对待测样品的物理结构设计(transducerless)和传热模型设计(调控光斑尺寸与测量频率)，选择性地增加对平面方向热导率的敏感度，使得即便在样品很薄、热流穿透的情况下，多引入的未知数在传热模型内具有较小的敏感度，从而实现少层/单层石墨烯平面方向热导率的测量。时域热反射法也被应用于黑磷、MoS2、WSe2等二维材料热导率的测量。基于时域热反射方法发展出频域热反射(FDTR)、two-tint、时间分辨磁光克尔效应(TR-MOKE)等测量方法以提高测量准确度。以上主要总结了石墨烯热导率的常用微纳尺度测量技术，包括拉曼光谱法、悬空热桥法和时域热反射法，不同方法的主要测量结果汇总于表1。表 1 石墨烯热导率测量主要研究结果值得注意的是，部分悬空热桥法测量的热导率显著偏低，是由于PMMA污染抑制了石墨烯声子散射。当样品厚度在微米尺度时，可通过激光闪光法进行测量，这种方法常用于块体石墨和湿化学方法制备的石墨烯薄膜，对于经过热处理还原和石墨化的石墨烯薄膜，激光闪光法测量热导率在1100–1940 W∙m−1∙K−1，热导率的差别主要来自石墨烯薄膜的制备工艺。受限于篇幅，我们将四种测量方法的示意图及主要原理汇总于图1，关于微纳尺度热测量的详细总结可参考相应综述文章。图 1 常见热测量方法示意图3 石墨烯热导率的研究进展石墨烯的热传导主要由声子贡献。和金刚石类似，石墨烯在平面方向由强化学键C―C键构成，并且由于碳原子较轻，具有极高的声速，从而在平面方向具有和金刚石相当的热导率(~2000W∙m−1∙K−1) 。关于石墨烯热传导的主要声子贡献来源，学界的认知随着研究的更新而发生变化。最早，人们预期石墨烯传热主要由纵向声学支(LA)和横向声学支(TA)贡献，这两支声子的振动平面都是沿石墨的ab平面方向。这样的预期是合理的，因为另一支横向声学支(ZA)声子的振动平面垂直于ab平面，而石墨烯作为单原子层材料，垂直平面的振动困难。而且ZA声子的色散关系是~ω2，在q →0时声速迅速减小为0，因而对石墨烯热导率几乎不产生贡献。后来，Lindsay等7通过对玻尔兹曼方程进行数值求解发现，由于单层石墨烯的二维材料特性，三声子散射中与ZA声子关联的过程受到抑制，这一规则被称为“选择定则(Selection rule)”。基于这一原因，ZA声子散射的相空间减小了60%；同时，考虑到ZA声子的数量较多，ZA声子实际成为了单层石墨烯中热导贡献最大的一支，占比约为70%。随着计算方法的进步，研究者对石墨烯中声子传导的理解逐步加深。Ruan课题组在考虑四声子散射的条件下计算了单层石墨烯的热导率，由于ZA声子数量多，导致由ZA声子参与的四声子散射过程多，通过求解玻尔兹曼输运方程(BTE)发现，ZA声子对于单层石墨烯热导率的贡献实际约为30%。Cao等通过分子动力学计算发现，考虑高阶声子散射时ZA声子对石墨烯热导率的贡献将降低。另外，第一性原理计算表明石墨烯中存在水动力学热输运和第二声现象，以及实验测量和分子动力学计算中发现石墨烯存在的热整流现象，都使得石墨烯的声子输运研究不断更新。下面针对理想的单层石墨烯单晶材料讨论其热导率的依赖关系。3.1 石墨烯热导率的厚度依赖石墨烯作为单原子层材料，表现出不同于石墨块体的声子学特征。很自然地产生一个问题，随着石墨烯的原子层数增加，石墨烯会以何种形式、在何种厚度表现出接近石墨块体的热学性质。前文Lindsay等的工作从计算角度给出了解释，在多层石墨烯和石墨中，三声子散射与原子间力常数的关系不同于单层石墨烯，导致选择定则不再适用，ZA声子的散射变大，热导率下降。这一趋势可以从图2a中明显观察到，当石墨烯的厚度从单原子变为双原子层时，ZA声子贡献的热导率大幅下降，石墨烯整体热导率降低。随着原子层数目增加，热导率持续下降。对于原子层数在5层及以上的石墨烯，其热导率已十分接近石墨块体。这一趋势也与Ghosh等对悬空石墨烯热导率的测量结果一致，在原子层数超过4层之后，石墨烯热导率接近块体石墨(图2c)。而对于放置在基底上的支撑石墨烯和上下均有基底的夹层石墨烯(Encased)，热导率随层数变化没有明显规律，这主要是因为ZA声子与基底相互作用，对热导率的贡献低于悬空石墨烯，而ZA声子与基底相互作用的强度随原子层数增加而变化，导致热导率随层数变化表现出不同规律(不变或增大) 。研究石墨烯本征热导率仍需对少层及单层石墨烯热导率进行测量，对样品制备和实验测量都具有很大挑战。图 2 石墨烯热导率的尺寸效应3.2 石墨烯热导率的横向尺寸依赖由傅里叶传热定律，材料热导率，其中Cv为材料体积比热容，v为声子群速度，l为声子平均自由程。对于给定的温度，热容与声速均为定值，因而材料热导率主要由声子平均自由程决定。通常情况下，块体材料在三个维度上的尺寸都远大于声子平均自由程，声子为扩散输运，声子平均自由程主要由声子-声子散射确定，是材料固有的性质，表现出热导率与横向尺寸无关。但是对于石墨烯而言，由于制备待测样品的长度在微米级，与平面内声子平均自由程相当，存在弹道输运现象，表现出石墨烯的热导率与横向尺寸存在依赖关系。石墨烯平面方向声子平均自由程可通过计算得到。Nika等通过第一性原理计算分别对LA和TA声子求得Gruneisen参数，得到石墨烯平面方向声子平均自由程在10 μm左右，即石墨烯尺寸小于10 μm时会表现出明显的热导率随尺寸增加而增加现象(图2b)。后续计算表明，在考虑三声子过程和声子-边界散射角度的情况下，石墨烯热导率在横向尺寸L小于30 μm时遵循log(L)增加的规律，在横向尺寸为30 μm左右时达到最大值，并随横向尺寸增加而下降。检验计算结果需要对不同尺寸的单层石墨烯进行热导率测量，这对实验操作的精细度提出了极高要求。Xu等利用悬空热桥法测量了不同长度(300–9 μm)的单层石墨烯热导率，观察到其热导率随长度增加而单调增加。测量结果与分子动力学预测的热导率随长度以log(L)趋势增加的结果相符，证明了石墨烯作为二维材料的热性质(图2d)。但是作者也没有排除另外两种可能：(1)低频声子随尺寸增加而被激发，对传热贡献较大；(2)石墨烯尺寸增加改变三声子散射的相空间，影响选择定则7。由于石墨烯作为二维材料的特性，以及声子平均自由程较大、热导率较高，仍然需要进一步的理论和实验探究以深入挖掘石墨烯热导率随横向尺寸变化的物理原因。在实际应用的单晶及多晶石墨烯材料中，热导率的影响因素还包括晶粒尺寸、缺陷、同位素、化学修饰等，相关研究及综述已有报道。4 石墨烯导热的应用上一节中介绍了石墨烯具有本征的高热导率，从理论计算和实验测量中均得到了验证。上述实验测量中，研究者往往采用机械剥离法和CVD法制备石墨烯，这两种方法制备的样品具有质量高、可控性强的特点，适用于研究石墨烯的本征性质。但是，由于机械剥离法和CVD法制备石墨烯具有产量低、制备周期长、难以规模化等特点，不适用于石墨烯的宏量制备。相对应地，通过还原氧化石墨烯、电化学剥离等湿化学方法可以大批量制备石墨烯片，石墨烯片通过片层间的化学键作用可形成石墨烯膜、石墨烯纤维、石墨烯宏观体等三维结构，从而可实际应用于导热场景。4.1 高导热石墨烯膜的应用石墨烯薄膜可用作电子元件中的散热器，散热器通常贴合在易发热的电子元件表面，将热源产生的热量均匀分散。散热器通常由高热导率的材料制成，常见散热器有铜片、铝片、石墨片等。其中热导率最高、散热效果最好的是由聚酰亚胺薄膜经石墨化工艺得到的人工石墨导热膜，平面方向热导率可达700~1950 W∙m−1∙K−1， 厚度为10~100 μm，具有良好的导热效果，在过去很长一段时间内都是导热膜的最理想选择。在此背景之下，研究高导热石墨烯膜有两个重要意义，其一，是由于人工石墨膜成本较高，且高质量聚酰亚胺薄膜制备困难，业界希望高导热石墨烯膜能够作为替代方案。其二，是由于电子产品散热需求不断增加，新的散热方案不仅要求导热膜具有较高的热导率，也要求导热膜具有一定厚度，以提高平面方向的导热通量。在人工石墨膜中，由于聚酰亚胺分子取向度的原因，石墨化聚酰亚胺导热膜只有在厚度较小时才具有较高的热导率。而石墨烯导热膜则易于做成厚度较大的导热膜(~100 μm)，在新型电子器件热管理系统中具有良好的应用前景。因此，石墨烯导热膜的研究也主要沿着两个方向，其一，是提高石墨烯导热膜的面内方向热导率，以接近或超过人工石墨膜的水平。其二，是提高石墨烯导热膜的厚度，扩大导热通量，同时保持良好的热传导性能。以下将从这两方面分别讨论。4.1.1 提高石墨烯膜热导率的关键技术高导热石墨烯薄膜的常见制备方法是还原氧化石墨烯。首先通过Hummers法得到氧化石墨烯(GO，graphene oxide)分散液，然后通过自然干燥、真空抽滤、电喷雾等方法得到自支撑的氧化石墨烯薄膜，并通过化学还原、热处理等方法得到还原氧化石墨烯(rGO)薄膜，最后通过高温石墨化提高结晶度，得到高导热石墨烯薄膜。影响高导热石墨烯膜热导率最重要的因素是组装成膜的石墨烯片的热导率，主要由氧化石墨烯的还原工艺决定。由于氧化石墨烯分散液的制备通常在强酸条件下进行，破坏石墨烯的平面结构，同时引入了环氧官能团，造成声子散射增加。氧化石墨烯的还原工艺对还原产物的结构、性能影响较大，因而需要选择合适的还原工艺制备石墨烯导热膜。氧化石墨烯膜在1000 ℃热处理后可以除去环氧、羟基、羰基等环氧官能团，但是石墨烯晶格缺陷的修复仍需更高温度。Shen等通过自然蒸干的方式制备了氧化石墨烯薄膜，并通过2000 ℃热处理的方式对氧化石墨烯薄膜进行石墨化，C/O原子比由石墨烯薄膜的2.9提高到石墨化后的73.1，X射线衍射(XRD)图谱上石墨烯薄膜11.1°峰完全消失，26.5°的峰宽缩窄，对应石墨(002)方向上原子层间距为0.33 nm，测量热导率为1100 W∙m−1∙K−1，热导率优于由膨胀石墨制备的石墨导热片。Xin等用电喷雾方法制备大尺寸氧化石墨烯薄膜并在2200 ℃下高温还原，得到热导率为1283 W∙m−1∙K−1的石墨烯导热膜，通过SEM截面图观察发现具有紧密的片层排列结构，且具有较好的柔性。通过拉曼光谱、XPS和XRD表征可以看出，2200 ℃为氧化石墨烯还原的最适宜温度，当还原温度更高时，石墨烯的电导率和热导率提升不再显著(图3)。4.1.2 提高石墨烯膜厚度的关键技术制备较厚的石墨烯导热膜也是研究者关心的课题。理论上讲，增加石墨烯膜的厚度只需刮涂较厚的氧化石墨烯薄膜即可。但实际操作中存在如下问题：(1)刮涂厚膜的成膜质量不高。由于氧化石墨烯分散液的浓度较低(低于10% (w))，除氧化石墨烯外其余部分均为水，需要长时间蒸发。氧化石墨烯片层与水分子以氢键相互作用，蒸发时水分子逸出，使得氧化石墨烯片层之间通过氢键形成交联，在表面形成一层“奶皮”状的薄膜。这层薄膜使氧化石墨烯分散液内部的水分蒸发减慢，且导致氧化石墨烯片层取向不一致，降低成膜质量。(2)难以通过一步法得到厚膜。由于氧化石墨烯分散液浓度较低，无论刮涂、旋涂还是喷雾等方法都无法一次制备厚度为~100 μm的氧化石墨烯薄膜。Luo等研究发现，氧化石墨烯薄膜在蒸干成形后仍然可以在去离子水浸润的情况下相互粘接，出现这种现象是因为氧化石墨烯片层在水的作用下通过氢键彼此连接，使得氧化石墨烯薄膜可以像纸一样进行粘贴起来。Zhang等利用类似的方法将制备好的氧化石墨烯薄膜在水中溶胀并逐层粘贴，经过干燥、热压、石墨化、冷压之后，得到厚度为200 μm的超厚石墨烯薄膜，热导率为1224 W∙m−1∙K−1，通过红外摄像机实测散热效果优于铜、铝及薄层石墨烯导热膜(图4)。目前制备百微米厚度高导热石墨烯薄膜的研究相对较少，除了溶胀粘接的方法之外，还可以通过电加热、金属离子键合等方法实现氧化石墨烯薄膜的搭接，有望为制备百微米厚度高导热石墨烯膜提供新思路。石墨烯导热膜的部分研究成果总结于表2中。图 4 百微米厚度石墨烯导热膜的制备、表征与热性能测试

各会员单位及相关企业、各有关单位：为认真贯彻落实《中华人民共和国标准化法》、《团体标准管理规定》等有关文件的精神，根据《江苏省颗粒学会标准制定程序》的相关规定，江苏省颗粒学会于2024年5月23日至6月7日组织专家分别对江苏省特种设备安全监督检验研究院、生态环境部南京环境科学研究所等单位牵头申报的团体标准进行了立项评审。经专家评审会评定，《氧化石墨烯粉体失重率测定 热重分析法》等11项团体标准（见附件）满足立项条件，现批准立项。请各申报单位严格按照江苏省颗粒学会团体标准工作要求，抓紧组织建标工作的实施，严把标准质量关，切实提高标准制定的质量和水平，增强标准的适用性和有效性。按时完成标准制定任务。为使立项标准的制定更加科学合理，欢迎有参与该团体标准编制工作意向的个人或单位与学会标准化工作委员会联系。联系人：王欢联系电话：025-85509178，13770321259邮箱：jskl_org@163.com附件：江苏省颗粒学会2024年度立项团体标准序号标准名称申请（牵头）单位计划完成时间1氧化石墨烯粉体失重率测定 热重分析法江苏省特种设备安全监督检验研究院2025年3月2石墨烯粉体中金属元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法江苏省特种设备安全监督检验研究院2025年3月3钢铁腐蚀产物 水溶性阴离子的测定 离子色谱法江苏省特种设备安全监督检验研究院2025年3月4冷喷烯锌涂料中石墨烯材料的定性检测无锡华东锌盾科技有限公司2024年10月5起重机械钢结构冷喷锌防护涂装技术指南无锡华东锌盾科技有限公司2024年10月6再生N-甲基哌啶生态环境部南京环境科学研究所2024年8月7再生二乙二醇甲醚生态环境部南京环境科学研究所2024年8月8大气颗粒物中铅含量测定 双硫腙比色法南京理工大学2025年3月9移动式γ射线探伤放射源远程监测监控技术规范南京理工大学2025年3月10水质 碘化物的测定 高效液相色谱法淮阴工学院2024年12月11再生石墨电极江苏嘉明碳素新材料有限公司2025年3月

p 　　去年，华为掌门人任正非曾表示，未来10～20年，将迎来石墨烯颠覆硅的时代。随后，有西方媒体报道，西班牙研发出石墨烯电池，充电8分钟可续航1000公里。近年来，石墨烯似乎已成为无所不能的新材料之王。 /p p 　　中国科学院长春应用化学研究所(以下简称长春应化所)研究员牛利等人近日在石墨烯材料的制备及应用研究方面取得重要进展，该成果获得2015年吉林省自然科学奖一等奖。 /p p 　　牛利在接受《中国科学报》记者采访时表示：“虽然石墨烯材料具有相当特殊的物理及化学属性，但距离真正的实际应用还有很长的路要走。” /p p 　　 strong 超级材料 /strong /p p 　　石墨烯存在于自然界，只是难以剥离出单层结构，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。 /p p 　　2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈· 盖姆和康斯坦丁· 诺沃肖洛夫从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。 /p p 　　他们不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。两人也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。 /p p 　　据牛利介绍，石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的一种碳质新材料，具有极好的电学、力学、热学以及光学性能。 /p p 　　常温下，石墨烯电阻率比铜或银更低，是世界上电阻率最小的材料。石墨烯因电阻率低、电子迁移的速度快，有望用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。 /p p 　　石墨烯既是最薄的材料，也是最韧的材料。曾有实验证实，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克，却可以承受一只一千克的猫。 /p p 　　另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 /p p 　　石墨烯的特殊性能使其迅速成为国际先进材料研发的新热点，引发了国内外科研人员的跟踪研究，牛利团队就是其中之一。 /p p style=" text-align: center " img title=" untitled1.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/397ad04f-a6c9-4ae0-b410-480666e616ca.jpg" / /p p style=" text-align: center " 诺沃肖洛夫团队捐赠给斯德哥尔摩的石墨、石墨烯和胶带 /p p 　　 strong 性能改良 /strong /p p 　　这些年，牛利带领长春应化所现代分析技术工程实验室材料电化学课题组，密切关注国际石墨烯材料研发发展的最新趋势，围绕二维石墨烯材料理论设计、制备合成、性质表征以及其在电分析化学领域的应用开展了系列研究工作。 /p p 　　由于石墨烯片层之间具有强烈的相互作用，使其非常难以剥离。牛利告诉记者：“传统的氧化剥离方法是通过强氧化剂，让石墨烯边缘发生氧化作用，出现片层结构扭曲。这种方法由于使用大量的强氧化剂，如高锰酸钾、浓硫酸等试剂，制备的石墨烯材料结构可控性差，缺陷多，产率也较低。”此外，该方法直接产生的是石墨烯氧化物，还需要进一步的还原处理才能得到最终的石墨烯材料。 /p p 　　牛利团队利用微波能量辅助，同时辅以有机小分子插层剂，在石墨片层间通过微波逐渐渗透插层剂，使石墨烯片层逐渐剥离。“这项技术方法无需经过石墨烯氧化阶段，不仅可以直接制得高度还原性的石墨烯材料，还可以低成本、大批量制备高品质的石墨烯材料。” /p p 　　当前，国际上制备石墨烯薄膜多采用昂贵的CVD(化学气相沉积)方法，牛利团队发现，这种方法很难控制薄膜的厚度，特别是难以进行复杂的图案化设计。另外，化学还原剂无论是液态还是气相的，都会导致二次化学试剂的使用。 /p p 　　“我们采用电化学技术，仅仅通过界面的电子转移过程，就可以控制石墨烯氧化物在界面的电化学还原沉积程度，这种方法技术简单、成本低廉、绿色环保，同时结构厚度、性状可控。”牛利说。 /p p 　　牛利团队还探索了新型石墨烯及其杂化材料在电极界面修饰、分析传感及其他相关领域的应用。 /p p style=" text-align: center " img style=" width: 499px height: 420px " title=" untitled2.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/insimg/f7e4c11e-2c48-4aa2-93bd-047c011cbc1e.jpg" width=" 499" height=" 509" / /p p style=" text-align: center " 显微镜下的石墨烯“单晶” /p p 　　 strong 目标驱动 /strong /p p 　　他们设计制备了石墨烯片层、薄膜和石墨烯杂化材料，并进一步探索了石墨烯及其杂化材料的化学结构特征和反应机理，将石墨烯及其杂化材料应用在传感分析、复合材料以及能源环境领域。 /p p 　　“作为工业技术，石墨烯要实现产业化，仍有许多未能克服的困难。”牛利指出，尽管国际上已经发布一些研究结果，将石墨烯用于电池电极材料、电容器器件构造、力学增强材料、导热薄膜等应用领域中，但这些领域的研究还有诸多的科学及工程技术问题亟待解决。 /p p 　　因为石墨烯的制备方式目前在技术上还存在缺陷，通过实验室内研制的石墨烯成本居高不下。曾有研究人员计算出目前的石墨烯价格高达5000元/克，比黄金还贵十几倍。 /p p 　　围绕化学制备石墨烯材料，低成本、大批量制备高品质石墨烯是个值得关注的技术问题。围绕微电子学及器件领域，科研人员还需要解决如何降低器件材料的制备成本、提高器件结构的均一性，如何将微观操作及纳米构造技术用于石墨烯器件中等问题。 /p p 　　目前在石墨烯材料的一些应用领域，如储能器件、导热材料、透明薄膜等方面，虽然已经有围绕需求的、具有应用前景的研究工作报道，但由于缺乏明显的直接应用领域及工程技术方法的结合应用，导致研究工作与应用需求还存在一定的距离。 /p p 　　牛利告诉记者：“将基础研究与工程技术方法有机结合，特别是与应用目标驱动结合，将会使石墨烯材料研究成果更好地投入到实际应用中。” /p

内蒙古大学科研团队经过不懈努力，在探索新型电催化二氧化碳还原材料领域取得重要突破。相关成果近日在线发表于国际能源类期刊《先进能源材料》。在“碳中和”的国际大背景下，设计具有高活性和选择性的二氧化碳电还原催化剂具有重要的现实意义和应用前景。当前，金、银、铜、铂等贵金属及其相关材料仍然是人们探索二氧化碳还原电催化剂的热点。然而，贵金属催化剂具有催化活性低、产物选择性差以及析氢效率高等问题。内蒙古大学物理科学与技术学院赵忠龙副教授带领团队，利用第一性原理计算模拟，首次提出了双金属单层电催化剂表面的“双位泛函”机制。该机制能够有效地抑制析氢副反应，并提升将二氧化碳电还原为甲酸产物的活性和选择性。然而，通过实验合成具有超薄壳层的双金属电极，仍然是一个挑战。鉴于此，此次研究利用第一性原理计算模拟方法，首次提出过渡金属碳化物和氮化物可以作为贵金属单层的衬底。在保留“双位泛函”的基础上，这种衬底能够显著提升催化剂的电化学稳定性。实验表明，碳化物和氮化物支撑贵金属单层以及单层团簇催化剂中存在氢—衬底反键相互作用。这种相互作用能够打破吸附氢与二氧化碳还原中间物之间的能量线性关系。此外，研究团队还通过理论模拟预测了一系列具有较高甲酸、甲醇和乙烯等碳氢化合物产物选择性的新型电催化剂，为提升电化学二氧化碳还原性能提供了新思路。

今天，3月15日，CCTV-2财经频道315晚会如约而至。两个多小时的时间里，过半的时间被用来披露食品安全相关的内容。网络订餐卫生、义齿重金属、红参泡糖、食品中铅、二氧化硫、菌落、过氧化值超标，食品安全问题俨然成为消费者权益受到危害的重灾区!　　　针对以上问题，海能仪器第一时间做出反应，科学解读相关问题，提供一手解决方案，希望对您有所帮助。　　　夭寿啦!警惕食用油过氧化值超标!解决方案四事件　　3.15晚会——江苏广原油脂有限贵公司葵花籽油过氧化值超标!　　危害解读过氧化值表示油脂和脂肪酸等被氧化程度的一种指标。食品中的油脂不可避免会发生酸败氧化，引起过氧化值增高。过氧化物可以破坏细胞膜结构，长期食用过高过氧化值的油脂，会导致胃癌、肝癌、动脉硬化、心肌梗塞等疾病产生，对健康非常不利。由此，过氧化值在食品中的检测意义十分重要!　　解决方案：　　1 方法原理　　衡量食用油中过氧化值，是测定其中基团(-OO-)的浓度。过氧化值表示油脂和脂肪酸等被氧化程度的一种指标，是1千克样品中的活性氧含量，以过氧化物的毫摩尔数表示。在生产过程中，尤其是保存后，提供了一个产品降解污染的程度。在油的过氧化物的测定中分为两个步骤：　　- 在样品中加入过量的碘化钾，生成碘单质。　　- 上一步反应生成的碘，使用硫代硫酸钠进行滴定，电极使用氧化还原-铂复合电极。　　2仪器配置和附件　　-TITREX中央模块　　-自动滴定管　　-移液泵　　-16位标准自动进样器　　- Hamilton氧化还原电极，(铂复合电极)　　- 打印机EPSON LX300(可选)　　　　海能仪器 T920 pro全自动滴定仪　　3 所需试剂　　-滴定剂：硫代硫酸钠 0.01 N(或0.002 N)　　-混合溶剂：醋酸/氯仿=3:2(体积/体积)　　-碘化钾(KI)固体。　　4样品制备　　将等分试样的食用油，直接称重至滴定容器中(精度0.001克)，从0.5克(过氧化值大于50)到最多5.0克(过氧化值低于12的值)。在很短的时间内进行分析，避免样品暴露于空气且避光。　　5 实验步骤　　-加入25毫升乙酸/氯仿混合物于样品中，并摇匀。　　-添加KI固体(约0.6克)。　　-密闭反应容器，充分摇晃1分钟。　　-将容器在黑暗中放置5分钟，此过程中生成碘。　　-15和25℃之间的温度下，加入75毫升蒸馏水。　　6 空白的测定　　按照上述相同的步骤，但不把样品放入滴定杯中。　　7 程序设定　　　　8 结果　　结果直接表示为meqO2/Kg，通过在程序中设定适当的转换因子，也可以表示为mmol、mmolO2/Kg,，转换因子为500，若表示为ugO2/Kg，则应当将转换因子设定为8000.　　注意:　　在程序设定标题中所设定的一些参数，用户根据实际的操作和样品条件进行修改，从而提高分析的速度和精度。

近日，大连化物所节能与环境研究部能源环境工程研究中心（DNL0901）王树东研究员、王胜研究员、宗绪鹏助理研究员等在NO、CO协同催化净化研究中取得新进展。研究团队通过常规共沉淀法，构建了具有铁单原子和铈-氧空位的铁-铈-铝混合氧化物催化剂用于CO选择性还原NO反应，并揭示了铁单原子位点与铈-氧空位的协同机制。NO、CO是两种典型的大气污染物，普遍存在于燃煤烟气和移动源尾气中。多污染物协同催化控制技术的开发是实现大气污染物高效净化的关键，对于提升环境质量、保护人民身体健康具有重要意义。研究团队长期致力于大气污染物催化净化技术的应用基础研究、过程开发及系统集成，开发的单一污染物（VOCs、NOx等）催化净化技术已实现了大规模工业化应用。本工作中，研究团队基于NO、CO净化过程相近的温度区间、相似的氧化还原反应机理，进行CO选择性还原NO催化反应过程研究，揭示出催化剂中高价态铁单原子是反应的活性位点，而非铁氧化物位点。该铁单原子位点具有优异的CO选择性还原NO活性、N2选择性和稳定性，主要原因在于催化剂表面丰富的铈-氧空位与单原子铁位点的协同作用，强化了反应物NO分子和关键中间产物N2O的吸附，从而促进了催化剂表面吸附的N2O的继续还原生成N2。此外，该催化剂还表现出高的耐水（7% H2O）、耐硫（20pmm SO2），低浓度氧气（0.7% O2）耐受能力。相关成果以“Synergy of Single-Atom Fe1 and Ce-Ov Sites on Mesoporous CeO2-Al2O3 for Efficient Selective Catalytic Reduction of NO with CO”为题，于近日发表在ACS Catalysis上。该工作的第一作者是大连化物所DNL0901组博士后百玉婷。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。