氟化石墨烯分子筛膜的表面功能化(3)
1.2.2 氧化石墨烯
早在1859年时Brodie就已经发现了氧化石墨，并且在那之后氧化石墨在材料科学界中被广泛的研究。自从Geim和Novoselov首次制备获得石墨烯以后，由于石墨烯的结构特殊性，对于石墨烯衍生物的研究便大范围展开，其中就包括对氧化石墨烯的研究。在石墨烯的两侧引入氧原子虽然会造成石墨烯结构上的缺陷，使其电性能受到影响，从而妨碍其在电子应用领域的应用，但是通过调节氧化石墨烯的化学组成可以调节其物理化学性质，把氧化石墨烯做成绝缘的、半导体的或半金属的材料[7] 。从其他方面来讲，如图1所示，氧原子的引入使其在石墨烯的两侧以羟基和环氧基团大量存在，同时在其边缘以少量羧基和羰基等存在。因此氧原子的引入使得石墨烯的亲水性增强，这样石墨烯就可以在水和大部分有机溶剂中有效分散，得到液相石墨烯溶液，可以很容易地用于制成石墨烯薄膜或其他石墨烯制品，提高了石墨烯的可加工性[7] 。同时石墨烯中引入氧原子还可以为制备石墨烯的其他衍生物提供反应的位点，进一步大幅度的增加了石墨烯衍生物的多样性，为石墨烯材料的应用范围扩宽了道路，而且还可以利用这个反应位点调节石墨烯材料的物理化学性能[8,9,10] 。
图1 氧化石墨烯的结构示意图[11]
1.2.3 氢化石墨烯
对氢化石墨烯的研究探索是在石墨烯领域的又一个全新的方向，这是石墨烯材料的又一个重要研究领域。如图2氢化石墨烯的球棒模型所示，氢化石墨烯是指石墨烯中部分或全部碳原子被氢化，图中黄色原子是氢原子，灰色原子是碳原子，碳原子由 杂化变为 杂化的石墨烯衍生产物。由于氢原子的引入使石墨烯的结构发生变化，从而使氢化石墨烯产生了与石墨烯不同的性质。比如可以通过调节氢原子与碳原子的比率影响石墨烯的电性质和磁性能[12,13] ，原始石墨烯中逐渐引入氢原子可以使石墨烯产生能带[14] ，随着氢原子含量的增加表现出半导体、半金属到宽带隙半导体的现象出现，并且随石墨烯片的形状不同（三角
图2 氢化石墨烯的球棒模型[1]
形和吹冰边形纳米片状石墨烯）在随着氢原子含量增加的过程中分别表现出磁性、磁性、非磁性和非磁性、磁性、非磁性的变化[15] ，同时该过程具有可调控性。在单层石墨烯中引入氢原子还可以提高石墨烯的光敏反应，而且通过改变碳氢比也可以使该性质具有可调性[16] ，这为先进的高灵敏型响应性光电探测器设备提供了一个很好的应用前景。由于石墨烯本身在机械强度、光学性能、热性能、电性能和化学稳定性等方面具有非常好的综合性能，所以把石墨烯应用到其他领域可以在很大程度上弥补该领域的缺陷与不足。比如Max Seifert等人在氢化石墨烯上探究功能化聚合物刷的研究，并证明石墨烯的氢化程度直接影响聚合物在石墨烯上的接枝光聚合反应[17] 。
1.2.4 氟化石墨烯
氟原子由于其自身的结构原因使其具有极强的电负性。因此在各种材料中适当的加入氟原子往往可以得到意想不到的效果，为材料设计提供了一条很好的道路。比如先进新型碳材料氟化石墨、氟化富勒烯、氟化碳纳米管和氟化石墨烯等就是经过氟化作用得到的。碳材料原本自身具有许多优异的性能，加上氟化作用后氟原子的影响使所得到的氟化碳材料具有更加异常丰富的性能。氟化碳材料因为它优异的综合性能，因此吸引了一大批的科技工作者对其进行热切地关注，使氟化碳材料一直成为研究的热点，并且在未来先进的科技应用领域中氟化碳材料必将崭露头角，比如应用在量子计算机中。