图1 一步法制备石墨烯-金纳米粒子复合物层状结构示意图
图2 具有层状结构的石墨烯-金纳米粒子的复合物薄膜的扫描电镜图
在国家杰出青年科学基金资助下，湖南大学生物化学传感与计量学国家重点实验室罗胜联教授课题组在石墨烯-金属纳米复合材料研究中，首次提出一步法制备层状结构的石墨烯-金属纳米复合材料，该研究成果2011年4月8日在线发表在国际著名期刊Small上，4月11日即受到相关国际媒体的关注，其中ChemPubSoc Europe （欧洲化学出版协会）旗下的“ChemistryViews”以“One Step to Graphene Composites”为题对该工作进行了介绍。报道称“目前报道的石墨烯-金属纳米材料不得不通过化学或热还原氧化石墨烯和金属先驱物的混合物来制备，这些方法涉及高毒性化学试剂、高温和多步反应。中国湖南大学的罗胜联及同事采用电化学共沉积实现金属纳米粒子与石墨烯的层层自组装。相比纯石墨烯膜，这种材料的导电性更好且比表面积更大。这种方法具有推广价值，可广泛应用于石墨烯基复合材料的制备，如制备电子器件、超级电容器以及传感器用复合材料。” 同行专家评价该项研究成果重要性为该领域顶尖15% 之列。
石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能和高的比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视。石墨烯及其复合物的制备是石墨烯研究领域一个极其重要的课题，如何简单、快速、绿色地制备石墨烯及其复合物，而又防止石墨烯片的聚集是石墨烯基材料得以大规模应用的前提。目前报道的石墨烯基复合材料的制备是先将氧化石墨烯化学或热还原成石墨烯，然后再与其他组分（或其前驱物）通过化学或物理方法复合。这一过程不但涉及高毒性化学试剂、高温和多步反应，还存在石墨烯片的聚集、各组分分布不可控等缺点。罗胜联教授课题组直接以氧化石墨烯和金属盐的水溶液为原料，通过一步电沉积直接制备得到石墨烯片与金属纳米粒子交替组装的层状结构，金属纳米粒子层阻挡了石墨烯片的聚集，同时又充当石墨烯片之间的导电通道，使得该复合薄膜具有极高的比表面积和导电性。该方法无需有毒化学试剂、高温和多步反应过程，具有简单、快速和绿色特点，可进一步延伸制备其它石墨烯基复合材料。
该课题组合成的石墨烯基复合材料不但在电子器件、超级电容器以及传感器方面具有巨大应用前景，而且在环境污染控制领域具有很大应用潜力，如光催化降解有机污染物。将石墨烯与半导体光催化剂采用类似方法结合，石墨烯的大比表面积能极大地促进有机污染物的吸附，提高光催化过程的传质效率；层层自组装结构具有大的界面面积，有利于催化剂光生载流子的分离与传输，避免光生电荷的复合，提高光电转换效率。
罗胜联教授课题组的研究为石墨烯基复合材料的制备与结构控制提供了全新的手段和思路，具有重要的科学价值及应用前景。（来源：湖南大学）
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