石墨烯化學與組裝技術（簡體書）

本書從石墨烯的發展史出發，深入淺出地介紹了石墨烯結構、特性、製備方法、化學修飾與功能化、微結構調控、組裝技術，以及組裝體在能量轉換和儲存等方面的應用，各章節之間的內容既相互關聯，又有各自的側重點，概括了科研工作者們這些年在石墨烯領域的知識沉澱。本書共6章，第1章為石墨烯物理與化學，第2章詳細介紹了石墨烯的製備，第3章涉及石墨烯化學調控與功能化，第4章總結了石墨烯微結構調控，第5章介紹了石墨烯組裝技術，第6章為石墨烯組裝體在能量轉換與存儲器件中的應用。

本書可作為高等學校材料相關專業本科高年級學生、研究生的學習用書，以及教師、科技工作者和企業專業技術人員的參考書，尤其對從事石墨烯材料研究的科研人員將具有很好的指導意義。

曲良體，清華大學教授，國家傑出青年基金獲得者。圍繞功能結構與材料製備、先進能源器件、激光微納製造等方面開展研究，在Science, Nature Nanotechnology, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society等國際重要期刊發表SCI論文200多篇。受邀請在Nature Reviews Materials, Accounts of Chemical Research, Chemical Reviews等撰寫綜述論文20余篇，英文專著6章，國際國內發明專利30余項。主持科技部重點研發計劃、國家基金委項目等多項。



榮獲國家“百千萬人才工程”（2017年）、“萬人計劃”科技創新領軍人才（2016年）、科技部中青年科技創新領軍人才（2014年）、國家傑出青年科學基金獲得者（2013年）、教育部霍英東基金獲得者（2009年）、新世紀優秀人才（2009年）、國家自然科學二等獎1項（2016年）第二獲獎人、教育部自然科學一等獎1項（2014年）第五獲獎人。

1. “戰略前沿新材料――石墨烯出版工程” “十三五”國家重點出版物出版規劃項目/國家出版基金叢書由石墨烯的基本性質與表徵技術、石墨烯的製備技術和計量標準、石墨烯的分類應用、石墨烯的發展現狀報告、石墨烯科普知識等五大部分共22分冊構成，本書為第17分冊。

2. 叢書由我國石墨烯研究領域的主要開拓者及我國石墨烯發展的重要推動者、北京大學教授、北京石墨烯研究院創院院長劉忠范院士親自策劃並擔任總主編。本書從石墨烯的發展史出發，深入淺出地介紹了石墨烯的結構、特性、製備方法、化學修飾與功能化、微結構調控、組裝技術以及組裝體在能量轉換和儲存等方面的應用。

3.全書採用80克雅質紙，彩色印刷，清晰直觀地展現了石墨烯的結構、模擬及表徵結果。

4.叢書前言摘選/劉忠範

石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個傳奇，也是當今橫跨學術界和產業界的超級明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當然，石墨烯是當之無愧的。作為由單層碳原子構成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導電性和導熱性較好的材料，也是理想的輕質高強材料。正因如此，一經問世便吸引了全球範圍的關注。石墨烯有可能創造一個全新的產業，石墨烯產業將成為未來全球高科技產業競爭的高地，這一點已經成為國內外學術界和產業界的共識。

從2004年至今，已經有了近十六年的歷史沉澱。無論是石墨烯的基礎研究，還是石墨烯材料的產業化實踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對石墨烯材料有一個全方位套叢書出的、科學的、理性的認識。總結歷史，是為了更好地走向未來。對於新興的石墨烯產業來說，戰略前沿新材料――石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實上，國內外已經出版了數十部石墨烯相關書籍，其中不乏經典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結石墨烯相關的知識積累，反映石墨烯領域的國內外前沿研究進展，展示石墨烯新材料的產業化現狀與發展前景，尤其希望能夠充分體現國人對石墨烯領域的貢獻。

本叢書共包括22分冊，執筆作者20余位，都是石墨烯領域的重量級學者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業性和科學性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質和表徵技術，到石墨烯材料的製備方法及其在不同領域的應用，以及石墨烯產品的計量檢測標準等全方位的知識總結。同時，兩份產業研究報告詳細闡述了世界各國的石墨烯產業發展現狀和未來發展趨勢。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對廣泛徵集到的石墨烯相關問題答疑解惑，去偽求真。

本叢書的內容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個分冊也相對獨立，具有很強的系統性、知識性、專業性和即時性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對中國的石墨烯研究和中國石墨烯產業的健康發展有所助益。1. “戰略前沿新材料――石墨烯出版工程” “十三五”國家重點出版物出版規劃項目/國家出版基金叢書由石墨烯的基本性質與表徵技術、石墨烯的製備技術和計量標準、石墨烯的分類應用、石墨烯的發展現狀報告、石墨烯科普知識等五大部分共22分冊構成，本書為第17分冊。

2. 叢書由我國石墨烯研究領域的主要開拓者及我國石墨烯發展的重要推動者、北京大學教授、北京石墨烯研究院創院院長劉忠范院士親自策劃並擔任總主編。本書從石墨烯的發展史出發，深入淺出地介紹了石墨烯的結構、特性、製備方法、化學修飾與功能化、微結構調控、組裝技術以及組裝體在能量轉換和儲存等方面的應用。

3.全書採用80克雅質紙，彩色印刷，清晰直觀地展現了石墨烯的結構、模擬及表徵結果。

4.叢書前言摘選/劉忠範

石墨烯是碳的同素異形體大家族的又一個傳奇，也是當今橫跨學術界和產業界的超級明星，幾乎到了家喻戶曉、婦孺皆知的程度。當然，石墨烯是當之無愧的。作為由單層碳原子構成的蜂窩狀二維原子晶體材料，石墨烯擁有無與倫比的特性。理論上講，它是導電性和導熱性較好的材料，也是理想的輕質高強材料。正因如此，一經問世便吸引了全球範圍的關注。石墨烯有可能創造一個全新的產業，石墨烯產業將成為未來全球高科技產業競爭的高地，這一點已經成為國內外學術界和產業界的共識。

從2004年至今，已經有了近十六年的歷史沉澱。無論是石墨烯的基礎研究，還是石墨烯材料的產業化實踐，人們都有了更多的一手材料，更有可能對石墨烯材料有一個全方位套叢書出的、科學的、理性的認識。總結歷史，是為了更好地走向未來。對於新興的石墨烯產業來說，戰略前沿新材料――石墨烯出版工程的出版意義也是不言而喻的。事實上，國內外已經出版了數十部石墨烯相關書籍，其中不乏經典性著作。本叢書的定位有所不同，希望能夠全面總結石墨烯相關的知識積累，反映石墨烯領域的國內外前沿研究進展，展示石墨烯新材料的產業化現狀與發展前景，尤其希望能夠充分體現國人對石墨烯領域的貢獻。

本叢書共包括22分冊，執筆作者20余位，都是石墨烯領域的重量級學者、專家，因此可以從源頭上保障叢書的專業性和科學性。叢書分五大部分，囊括了從石墨烯的基本性質和表徵技術，到石墨烯材料的製備方法及其在不同領域的應用，以及石墨烯產品的計量檢測標準等全方位的知識總結。同時，兩份產業研究報告詳細闡述了世界各國的石墨烯產業發展現狀和未來發展趨勢。除此之外，叢書還為廣大石墨烯迷們提供了一份科普讀物《有問必答：石墨烯的魅力》，針對廣泛徵集到的石墨烯相關問題答疑解惑，去偽求真。

本叢書的內容涵蓋石墨烯新材料的方方面面，每個分冊也相對獨立，具有很強的系統性、知識性、專業性和即時性，凝聚著各位作者的研究心得、智慧和心血，供不同需求的廣大讀者參考使用。希望叢書的出版對中國的石墨烯研究和中國石墨烯產業的健康發展有所助益。

第1章 石墨烯物理與化學



１．１ 石墨烯發展史



１．２ 石墨烯結構與特性



１．２．１ 石墨烯的電子能帶結構



１．２．２ 石墨烯特性



１．３ 石墨烯化學反應



１．３．１ 石墨烯電子能帶結構對化學反應性的影響



１．３．２ 石墨烯共價官能化



１．３．３ 石墨烯非共價官能化



１．４ 石墨烯微結構化與宏觀組裝結構



１．４．１ 石墨烯微結構化



１．４．２ 石墨烯宏觀組裝結構



１．５ 石墨烯的應用



第2章 石墨烯的製備



２．１ 氧化還原法



２．１．１ 原理



２．１．２ 氧化石墨烯的發展歷史



２．１．３ 氧化石墨的製備



２．１．４ 氧化石墨的剝離



２．１．５ 氧化石墨烯的還原



２．１．６ 總結



２．２ 插層／剝離法



２．２．１ 插層法



２．２．２ 剝離法



２．３ 電化學法 (



２．３．１ 電化學剝離法



２．３．２ 電化學還原法



２．４ 有機精准合成



２．５ 化學氣相沉積法



２．５．１ 化學氣相沉積法的基本原理



２．５．２ 化學氣相沉積法進展



２．５．３ 化學氣相沉積法製備雜原子摻雜石墨烯



２．５．４ 石墨烯的轉移技術



２．６ 其他方法



２．６．１ 犛犻犆外延生長法



２．６．２ 溶劑熱法



２．６．３ 烷基鋰還原法



２．６．４ 激光誘導法



２．７ 總結和展望



第3章



３．１ 氧化石墨烯的修飾



３．１．１ 基於羧基的反應



３．１．２ 基於羥基的反應



３．１．３ 基於環氧基的反應



３．２ 化學摻雜石墨烯



３．２．１ 表面轉移摻雜



３．２．２ 取代摻雜



３．３ 石墨烯的共價與非共價改性



３．３．１ 共價改性石墨烯



３．３．２ 非共價改性石墨烯



３．４ 石墨烯功能複合物



３．４．１ 石墨烯與有機高分子複合



３．４．２ 石墨烯與無機物複合材料











４．１ 石墨烯量子點



４．１．１ 石墨烯量子點的製備



４．１．２ 石墨烯量子點的物理性質



４．１．３ 石墨烯量子點的應用



４．２ 褶皺石墨烯



４．２．１ 石墨烯褶皺的分類



４．２．２ 石墨烯褶皺的形成以及影響因素



４．２．３ 褶皺石墨烯的性質及其應用



４．３ 石墨烯納米帶



４．３．１ 石墨烯納米帶製備方法



４．３．２ 石墨烯納米帶結構及性質



４．３．３ 基於石墨烯納米帶的應用



４．４ 石墨烯網



４．４．１ 石墨烯網製備方法



４．４．２ 石墨烯網的性質



４．４．３ 應用



第5章 石墨烯組裝技術



５．１ 模板輔助組裝技術



５．１．１ 基於化學氣相沉積（CVD）的組裝法



５．１．２ 塗布組裝法



５．１．３ 模板法



５．１．４ 碳納米管（CNT）纖維組裝法



５．２ 空間限域組裝技術



５．２．１ 過濾組裝法



５．２．２ 流體導向紡絲法



５．３ 界面自組裝技術



５．３．１ Langmuir-Blodgett(LB)自組裝



５．３．２ 蒸發誘導自組裝



５．３．３ 靜電組裝法



５．４ 濕法組裝技術



５．４．１ 液晶濕紡法製備石墨烯纖維



５．４．２ 水熱組裝技術



５．５ 其他組裝技術



５．５．１ 電化學組裝技術



５．５．２ 氧化還原輔助組裝法







第6章 石墨烯組裝體在能量轉換與存儲器件中的應用



６．１ 石墨烯組裝體在能量轉換中的應用



６．１．１ 納米發電機



６．１．２ 驅動器



６．１．３ 石墨烯組裝體在燃料電池中的應用



６．１．４ 石墨烯組裝體用於水分解



６．１．５ 太陽能電池



６．１．６ 電熱膜



６．２ 石墨烯組裝體在能量存儲器件中的應用



６．２．１ 超級電容器



６．２．２ 鋰離子電池



６．２．３ 鈉離子電池



６．２．４ 鋰硫電池



６．２．５ 金屬／空氣電池



６．３ 環境應用



６．３．１ 污染物吸附



６．３．２ 光催化劑降解污染物



６．３．３ 水脫鹽



６．３．４ 油水分離



６．３．５ 殺菌抗菌



６．３．６ 環境監測



６．３．７ 防腐塗層



６．４ 電子材料



６．４．１ 透明電極



６．４．２ 電子器件



６．４．３ 電磁屏蔽／吸波材料







展望與暢想



參考文獻



索引