MOF/石墨烯复合材料的组装及在超级电容器中的应用(5)
(2)利用石墨烯可以制成精确探测单个气体的化学传感器，从而可以提高一些微量气体快速检测的灵敏性，而石墨烯在电子学上的高灵敏性还可用于外加电荷，磁场及机械应力等环境下的敏感检测。石墨烯在抗菌方面也有典型的应用，石墨烯的抗菌性源于其对细菌细胞膜的破坏，石墨烯不仅是一种新型的优良抗菌材料，而且对哺乳动物细胞产生的细胞毒性很小。
(3) 墨烯材料被广泛应用于超级电容器的电极材料中，石墨烯完全分立的单层结构以及极大的比表面积利于电容性能的明显提高。但是在形成宏观材料过程中，石墨烯片之间会发生相互叠加现象，直接影响有效双电层的面。如果采用有效手段将其表面完全释放，将会获得远高于多孔炭的比电容量。另外，在石墨烯片层叠加过程中形成的孔隙集中在100 nm以上，这也有利于电解液的扩散，因此，基于石墨烯的超级电容器具有良好的功率特性。
1.2.4 石墨烯基超级电容器发展
石墨烯作为一种新型的单原子层厚度的二文碳材料，自从2004年首次被Geim等人成功制备以来，科研工作者对其电化学性能进行了相关研究，研究发现石墨烯具有较好的化学稳定性与导电性能。由于石墨烯特有的层状结构，用该材制备的双电层电容器，有利于电解液在电极内部的迅速扩散，实现了电子元件瞬时的大功率充放电。在理论上，在单原子层石墨烯的两侧可以同时形成双电层，这有效利用了材料的比表面积，提高了电极材料的比容量和能量密度。
石墨烯材料应用于超级电容器有自身独特的优势。完全离散的单层石墨烯材料，可以在整个表面形成双电层；但是在宏观聚集过程中，石墨烯片层相互杂乱叠加堆积，减少了形成有效双电层的面积。即使这样，石墨烯制备的电极材料仍然可以达100—230F/g的比电容。同时石墨烯超级电容器功率特性良好，总之石墨烯是一种有良好应用前景的超级电容器电极材料。
但是由于对石墨烯的研究远没有达到理论预期，与实际应用还有很大的差距，因此广大研究者希望通过石墨烯的复合以达到其在电学与电化学领域的实际应用目的。
1.3 MOF修饰石墨烯复合超级电容器材料
1.3.1 MOF的简介
金属-有机骨架(Metal Organic Framework，MOF)是指有机配体与金属离子通过自组装形成的具有周期性网络结构和特殊孔状的金属-有机骨架材料，又称为金属-有机配位聚合物(Metal Organic Coordination Polymer，MOCP)或无机．有机杂化材料(Inorganic Organic Hybrid Materials)。它是由过渡金属离子与含氮、氧等的多齿有机配体(大多是芳香多碱或多酸)自组装而成的拥有特殊孔道结构的材料。这种金属有机骨架材料可以通过不同的有机配体与各种不同的金属离子进行络合，从而来设计和控制骨架中的孔结构，使得该类材料具有结构丰富、可调、孔道多样、高的比面积及易实现功能化等特点。
MOF是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三文的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间3D延伸。金属阳离子在 MOF 骨架中的作用一方面是作为结点提供骨架的中枢，另一方面是在中枢中形成分支，从而增强MOFs 的物理性质(如多孔性和手性) 。如Fe-MOF就是以Fe3+为结点，为有机配体提供骨架中枢，起到支撑和连接的作用。对于网络三文结构Fe-MOF，使得它具有高的比面积，从而具有高的比能量。并且从局部来说，作为分支的一部分（Fe元素和有机配体），其形态和空间取向不一样，使得具有各种不一样的物理性能和化学性能。Fe-MOF的空间结构类似于下图1.3。
下一篇：通过研磨法快速制备氯代有机物