MOF/石墨烯复合材料的组装及在超级电容器中的应用(4)
1.2.2 石墨烯制备方法
目前，制备石墨烯的方法主要有以下几种：机械剥离法、剖开碳纳米管法、氧化石墨还原法、化学气相沉积法和有机合成法等。
(1) 机械剥离法
主要是通过机械力从石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。2004年，K．S．Novoselov等最先在实验室通过微机械剥离法从石墨晶体的表层剥离制备出石墨烯，开启了碳材料发展的新纪元。随后受到了全世界科学家的重视。该方法的优点是得到的产物保持着比较完美的晶体结构，缺陷的含量较低，缺点是生产效率低，尺寸不易控制，不适合大规模工业生产，一般仅仅应用在实验室的基础研究中。
(2) 剖开碳纳米管法
碳纳米管可以被看做是由石墨烯卷曲而成的管状结构，沿着碳纳米管侧壁的轴向将其剖开，即可得到石墨烯。碳纳米管经过近20年的历史，已经可以实现对碳纳米管直径、定向性和手性等参数的可控制备。有望通过剖开碳纳米管的工艺制备石墨烯，实现石墨烯的可控制备。如Dai等以定向碳纳米管为原料，制备了定向排列的石墨烯纳米带但是这种工艺用碳纳米管为原料，在制备石墨烯的时间和经济成本上没有优势，同时设备装置也较为复杂。
(3) 氧化石墨还原法
氧化还原法是较为常见的一种制备石墨烯的方法，主要是利用石墨氧化前后亲水性及层间距的变化来制备石墨烯。经过氧化的氧化石墨表面含有大量的羟基、羧基等功能基团，亲水性好。同时层间距变大，大约会增大到0.365 nm-0.765 nm。氧化石墨经过适当的超声振荡，能够在水溶液或有机溶剂中均匀分散成单层的氧化石墨烯，然后可将氧化石墨烯还原成石墨烯。
目前常用的氧化方法有三种：Standenmaie 法、Brodie法和Hummers。
该方法操作简单，成本低，有望应用于大规模生产石墨烯，缺点是经强氧化剂氧化过的石墨不能完全被还原，会导致其部分物理、化学性质的损失(尤其是导电性)。
(4）化学气相沉积法
化学气相沉积法(CVD)是目前应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法。CVD方法生产工艺完善，有广泛的应用范围，被认为是最具前途的大规模制备石墨烯的方法。但目前使用该方法制备的石墨烯仍存在着一些上述提到的不足之处。
(5) 有机合成法
碳原子通过sp2杂化形成的稠环芳烃的平面结构，被认为是二文石墨烯的片段，如果将稠环芳烃通过一定方法聚合在一起便可行成石墨烯。如以花酰亚胺为重复单元，通过偶联反应制备出了宽度受限，长度可控的石墨烯纳米带。有机合成法为石墨烯大小、形状和边缘结构的可控制备提供了美好的前景，并且所制备出的石墨烯纳米带较窄，有利于石墨烯在半导体领域的应用。但是这种方法也同样面临着亟待解决的问题，比如由于溶解度的限制，制备出的石墨烯长度较短。同时在制备石墨烯的过程中伴有很多副反应的发生，石墨烯的产率不高。
1.2.3 石墨烯的应用
碳材料有着较高的比表面积，但往往导电性能较差，且复杂的孔径分布结构也增大了电解液在电极材料内部的扩散阻力。这些缺点限制了双电层电容器在大功率密度电源的应用。因此，科研工作者往往通过改进碳材料的微观形貌来提高电极材料的电化学性能。这里我们主要介绍石墨烯在超级电容器中的应用，并说说石墨烯在其他方面上的应用。
(1)二文石墨烯平面很容易使用常规技术进行加工，甚至可能在一层石墨烯片上直接加工出各种半导体器件，获得具有应用价值的全碳集成电路。以石墨烯为原料还可以制备出尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管，这些优越的性能使得人们朝着制造纳米级超小型晶体管方向迈出重要一步(图1．5)。IBM公司发现通过叠加两层石墨烯可以明显地I降低晶体管的噪音，获得了低噪声的石墨烯晶体管，从而有助于制造出比硅晶体管速度快、体积小、能耗低的石墨烯晶体管；
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