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石墨烯技术前沿丛书--氧化石墨烯制备与应用

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商品详情

  • 出版社: 化学工业出版社

  • ISBN:9787122342416

  • 版次:1

  • 品牌:化学工业出版社

  • 包装:平装

  • 开本:16开

  • 出版时间:2019-09-01

  • 用纸:胶版纸

  • 页数:187

产品特色

内容简介

《氧化石墨烯制备与应用》对氧化石墨烯相关研究成果进行了系统总结和归纳。本书前半部分从氧化石墨烯的化学基础开始,讲述氧化石墨烯的制备、结构、表征(第1章)和还原修饰、改性(第2章与第3章)以及如何将氧化石墨烯进行组装(第4章)。书中后半部分展示了氧化石墨烯在无机复合材料(第5章)、能量存储(第6章)、生物医学(第7章)、水处理(第8章)和光电传感(第9章)等领域中的典型应用及相关影响因素。
本书希望为初步进入该领域的研究生和工程师提供一个关于氧化石墨烯较为系统和全面的介绍。

目录

第1章 氧化石墨烯的制备及表征/001 
1.1 合成 002
1.1.1 Brodie’s法 002
1.1.2 Staudenmaier’s法 002
1.1.3 Hummers’法 003
1.1.4 Tour’s法 004
1.1.5 高铁酸钾氧化法 005
1.1.6 电化学制备法 006
1.1.7 其他氧化石墨烯的制备方法 008
1.2 氧化石墨烯的结构研究 008
1.3 氧化石墨烯的光谱特征和结构表征方法 011
1.3.1 氧化石墨烯的光谱特征 011
1.3.2 氧化石墨烯的形态学特征及热稳定性 013
1.4 小结 017
参考文献 018

第2章 氧化石墨的还原/021 
2.1 氧化石墨烯还原评价方法 021
2.1.1 光学特征 022
2.1.2 导电性 023
2.1.3 碳氧比 023
2.1.4 其他技术 024
2.2 还原方法与机理 024
2.2.1 热还原 024
2.2.2 光催化还原 028
2.2.3 溶剂热还原 028
2.2.4 电化学还原 029
2.2.5 化学试剂还原 029
2.2.6 植物提取物还原 039
2.2.7 微生物还原 039
2.2.8 蛋白质还原 040
2.2.9 激素还原 040
2.3 小结 041
参考文献 041

第3章 氧化石墨烯的修饰和改性/047 
3.1 氧化石墨烯的还原改性 048
3.2 共价修饰改性 048
3.2.1 羧基修饰 049
3.2.2 环氧基团修饰 049
3.2.3 羟基修饰反应 050
3.3 聚合物共价修饰氧化石墨烯表面 051
3.3.1 Graft from接枝修饰方式 051
3.3.2 Graft to修饰改性氧化石墨烯表面 053
3.4 非共价键修饰 055
3.5 氧化石墨烯交联 057
3.6 小结 059
参考文献 059

第4章 氧化石墨烯组装/063 
4.1 氧化石墨烯纤维(一维)组装及应用 063
4.1.1 氧化石墨烯纤维的制备及性能研究 064
4.1.2 氧化石墨烯纤维的主要应用 070
4.2 氧化石墨烯薄膜结构组装及应用 072
4.2.1 抽滤成膜法 072
4.2.2 Langmuir-Blodgett(LB)组装法 075
4.2.3 逐层组装法 076
4.2.4 界面诱导自组装 076
4.2.5 旋转涂膜法 077
4.2.6 其他方法 078
4.3 氧化石墨烯三维宏观体结构组装及应用 079
4.3.1 水热法 080
4.3.2 溶剂热法 081
4.3.3 化学还原中的组装 082
4.3.4 三维组装中的交联方法 082
4.3.5 模板法 084
4.3.6 其他方法 085
4.4 小结 086
参考文献 086

第5章 氧化石墨烯基复合材料/094 
5.1 氧化石墨烯/高分子复合材料体系 094
5.1.1 制备方法 094
5.1.2 应用 096
5.2 氧化石墨烯/无机非金属复合材料体系 105
5.2.1 力学性能 106
5.2.2 耐久性 109
5.2.3 其他方面 109
5.3 小结 110
参考文献 110

第6章 氧化石墨烯在能量存储中的应用/119 
6.1 氧化石墨烯在锂离子电池中应用的研究进展 119
6.1.1 氧化石墨烯用作锂离子电池负极材料 120
6.1.2 氧化石墨烯与负极材料的复合在锂离子电池中的应用 120
6.1.3 氧化石墨烯与正极材料的复合在锂离子电池中的应用 121
6.1.4 氧化石墨烯作为导电添加剂在锂离子电池中应用 122
6.2 氧化石墨烯在超级电容器中的应用 123
6.2.1 氧化石墨烯在双电层电容器中的应用 123
6.2.2 氧化石墨烯在赝电容器中的应用 126
6.3 氧化石墨烯在燃料电池中的应用 128
6.4 氧化石墨烯在太阳能电池中的应用 129
6.5 小结 130
参考文献 131

第7章 氧化石墨烯在生物医学领域中的应用/137 
7.1 氧化石墨烯的生物毒性及其机制 137
7.1.1 破坏细胞膜 139
7.1.2 氧化应激 140
7.1.3 其他因素 140
7.2 氧化石墨烯在生物医学领域中的应用 140
7.2.1 作为药物载体的应用 141
7.2.2 抗菌 143
7.2.3 生物成像 146
7.2.4 生物传感器 147
7.2.5 组织工程 148
7.3 小结 149
参考文献 149

第8章 氧化石墨烯在水处理中的应用研究/155 
8.1 氧化石墨薄膜对溶液中离子的传输 155
8.2 氧化石墨薄膜对气体和水分子的传输 159
8.3 氧化石墨烯对重金属离子的吸附 161
8.3.1 静电作用 161
8.3.2 络合作用 161
8.3.3 离子交换作用 162
8.3.4 配体交换作用 162
8.4 氧化石墨烯对水中有机污染物的吸附 163
8.5 小结 165
参考文献 166

第9章 氧化石墨烯在光电传感领域的应用/170 
9.1 氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的光学性质 171
9.1.1 氧化石墨烯的光吸收特性 171
9.1.2 氧化石墨烯的发光特性 172
9.1.3 还原氧化石墨烯的光吸收特性 173
9.1.4 还原氧化石墨烯的发光特性 173
9.1.5 氧化石墨烯量子点 173
9.1.6 荧光淬灭 174
9.1.7 光学非线性 174
9.2 光电传感领域中的氧化石墨烯 175
9.2.1 氧化石墨烯——光探测器件 175
9.2.2 氧化石墨烯作为新型光源材料 178
9.2.3 氧化石墨烯-光纤传感器件 181
9.3 小结 182
参考文献 182

前言/序言

Preface
Graphene oxide (GO), an individual layer from graphite oxide (GO) has been recognized as a versatile and valuable material only recently, despite studies on graphite oxide that extend back to the 1850s.“Expandable” graphite, typically prepared by intercalating graphite with oxidants such as sulfuric acid, is a valuable material such as for its strong expansion upon heating.Graphene can be considered a relative of graphene oxide (GO) or vice versa.Thousands of publications on fundamental research and applications have appeared in about the past 12-13 years, and this is in part because GO can be fairly readily prepared at the individual layer level. For example, while progress is being made, there is no method currently to exfoliate graphite to predominantly individual layers of graphene.GO has been explored for its potential use in electronics, energy storage, biomedicine, environmental protection, membranes, fabrics, compounds, fibers, and others.After partial removal of oxygen from GO, the carbon “backbone” recovers some features of graphene.The ability to obtain a high yield of single layer GO has thus motivated its conversion to “near-graphene” like individual layers, and the cost factor has motivated industry to be intensely interested in this approach.
It seems to be the case that thousands of companies primarily in Europe, East Asia, and North America, have been started or adopted GO-based products.GObased products are achieving, it seems, commercial success, and (annual) billiondollar level markets for individual products are likely, soon.
It is thus timely to have a well-structured and systematic overview of research done on GO, for scientists and engineers (including students as well as professionals) with an interest.The authors have significant experience both in fundamental R&D and in industrialization of GO materials.
This book starts by describing the basic chemistry related to graphene oxide including its preparation, characterization, and chemical modification, and then goes on to describe how GO is or has been assembled into complex structures or systems. Applications of interest to industry, such as composites with polymeric compounds, energy, biomedicine, water treatment, and photoelectric sensing, are covered next.
This comprehensive book will be of great use for Chinese readers as the readers can readily appreciate and learn more deeply about the major achievements in R&D of GO materials and trends.The 9 chapters in this book provide a “state-of-the-art” overview of R&D, and even now mature or nearly mature, applications.The chapters are well organized and each builds on the prior chapter, but individual chapters can also be read independently depending on the reader's interest.

Rodney S.Ruoff
Director, IBS Center for Multidimensional Carbon Materials
Distinguished Professor, Ulsan National Institute of Science and Technology



前言
尽管对石墨氧化物的研究可以追溯到大约150年以前,但是直到近些年人们才意识到,石墨氧化物是一类非常有用的材料:轻微氧化后得到可膨胀石墨,可进一步加工成诸多石墨制品;充分氧化得到氧化石墨,解理后可以制备氧化石墨烯或者经还原、改性后得到石墨烯及各种衍生物。在研究过程中,人们也逐渐认识到,对石墨进行氧化,不单可以使其层间膨胀从而便于解理,更是对石墨这一天然碳晶体材料进行结构和化学调控的重要手段;这一路径不但可用于得到各种石墨衍生物,还可成为化学家、材料学家等研究碳基结构和表面的有用“平台”。
随着石墨烯等二维材料引起巨大关注,过去十余年来针对氧化石墨的相关研究出现井喷,发表的论文和专利数以万计。石墨氧化法被认为是规模化制备石墨烯的主要方法之一,对于氧化石墨相关石墨烯的研究引起了工业界的密切关注。世界主要经济体都竞相制定政策,规划大量投入进行研究和开发,催生了众多从事石墨烯相关业务的企业,一些产品成功实现应用,规模化市场开始出现。然而,由于对于氧化石墨相关的研究涉及众多应用领域,在不同研究报道中因原料选择、制备方法、产品特性、评估方法、应用场景的不同,也会出现一些有争议的结果,甚至可能会对非专业人士和行业发展造成误导。
基于以上背景,本书从氧化石墨烯的化学基础开始,对氧化石墨烯相关材料的制备、表征和若干代表性应用进行了系统总结,重点在于突出能够实现特定应用的某些特性以及对这些应用效果的综述评价。本书的主要目的是为初次进入此领域的研究生和工程师们提供一个介绍,使之能对氧化石墨烯相关的基本概念、主要应用和相关技术进行全面了解。在此基础上进一步的研究和开发,还需要研究人员针对特定内容、参考相关文献进行更加仔细的阅读与分析。细心的读者大概已经看出,对这类材料的描述,在本文短短篇幅中已经出现了“石墨氧化物” “氧化石墨” “氧化石墨烯”等不同名称,可以看出这类材料体系中不同处理过程和特性带来的命名复杂性。由于“氧化石墨烯”一词通常用于表述氧化石墨解理后的单层薄片,并可进一步组装、复合或者还原得到多种石墨烯基材料,为方便起见,本书大部分地方以此统称从氧化石墨得到的相关石墨烯材料,仅在若干必要的地方明确加以区分。但是希望读者能够分辨上述名称的不同内涵。
本书的大部分作者兼具基础研究和产品开发经验,希望能够从更加实用的角度为氧化石墨烯类材料提供评述,并尽可能使本书为不具有相关专业背景的人员所理解。因此,虽然尽量努力保证本书的科学性,但在上述原则下难免会牺牲一点严格性。而且,关于氧化石墨烯的文献浩如烟海,且不断有新成果涌现,毫无疑问本书无法做到全部囊括。限于编者水平,书中不足之处还请读者批评指正。如有不同意见和其他建议,也欢迎共同探讨。

编者
2019年2月


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