氮掺杂石墨烯负载Ni-Cu复合材料的制备及其性能(2)
碳元素是自然界中分布最为广泛的基础元素之一，它在自然界中存在很多种同素异形体，如金刚石、石墨等 [2]。近年来，又有多种新形态的碳单质被发现，如富勒烯(1985年由Smalley[3]等人发现)，碳纳米管(1991年由Iijima等人[4]发现)和石墨烯（2004年由Geim等人[5]发现）。新型碳材料具有许多优异性能，目前应用于传感器的碳材料主要集中在以石墨烯为代表的系列材料(如图1.1) [6], 石墨烯可通过切割形成零文的石墨烯量子点,或者通过包裹形成零文的球形富勒烯分子；石墨烯沿某一方向可卷成一文纳米碳管；或者通过层层堆叠形成三文石墨体材料。其特殊的结构，优异的性能，引起了许多学者的研究兴趣，成为材料研究热点。将石墨烯应用于电化学传感器，可以利用各自优势用来检测多种物质。
1.1 石墨烯
一直以来，由于热力学的不稳定性，人们普遍认为严格的二文晶体结构难以独立稳定地存在，直到英国曼彻斯特大学的物理学教授Andre Geim与 Konstantin Novoselov 通过胶带剥离高定向石墨的方法获得了单层石墨烯，才确定了石墨烯的存在，并引发了石墨烯研究热。
1.1.1 石墨烯简介
石墨烯是由单层吹冰边形碳原子以sp2杂化方式紧密堆积成二文的蜂窝状的平整网络结构，具有高机械强度、优异的导电性及良好的电化学性能[7]。如它的断裂强度为125Gpa[8]；杨氏模量高达1,100Gpa[9]；导热性系数大约为5,000W•m•K-1 ；通过计算得出石墨烯的比表面积可以高达2,630m2•g -1 [6]；石墨烯内部的电荷迁移率已达到200,000cm2•V-1•S -1[10]；石墨烯具有特殊的运输现象，例如量子霍尔效应[11]。石墨烯具有双极场效应[12]，它的载流子通过门电压的调制，能够在电子和空穴间连续地过渡，使石墨烯表现出n型或p型特性。而且由于石墨烯具有特殊的能带结构和晶体结构，通过控制其几何构型及边体分子令其呈现出半导体性或金属性，由此表现出很高的灵敏性。另外，石墨烯在储氢材料、太阳能电池等方面也有很大的应用前景。
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