序言
前言
第1章 低維納米碳材料的理論研究1
1.1引言1
1.2納米碳材料理論研究基本方法簡介1
1.2.1量子化學(xué)計算方法1
1.2.2分子動力學(xué)仿真3
1.2.3蒙特卡羅模擬7
1.3低維納米碳材料的理論研究現(xiàn)狀10
1.3.1石墨烯材料電子結(jié)構(gòu)和重要性質(zhì)的理論預(yù)測10
1.3.2功能化石墨烯重要化學(xué)反應(yīng)機理的理論計算12
1.3.3富勒烯的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究20
1.3.4石墨烷的理論發(fā)現(xiàn)和近期研究進展22
1.3.5石墨炔材料理論研究的回顧和展望24
1.4低維納米碳材料在鑭錒系元素分離中的應(yīng)用和理論研究進展26
1.4.1乏核燃料的鑭錒系元素分離在核工業(yè)中的重要意義26
1.4.2氧化石墨烯吸附鑭錒系元素的基本原理27
1.4.3氧化石墨烯末端官能團對鑭錒系元素分離效率的影響29
1.4.4納米碳材料吸附鑭錒系元素離子的熱力學(xué)和動力學(xué)理論29
1.4.5錒系元素重要離子的量子化學(xué)處理方法31
1.4.6次錒系元素水溶性離子與納米碳材料相互作用的理論研究現(xiàn)狀32
1.5本章小結(jié)34
參考文獻34
第2章 化學(xué)氣相沉積法生長石墨烯薄膜與應(yīng)用41
2.1引言41
2.2化學(xué)氣相沉積法生長石墨烯及其特性41
2.2.1化學(xué)氣相沉積法生長石墨烯41
2.2.2 CVD法制備石墨烯的生長機制43
2.2.3 CVD法制備石墨烯的轉(zhuǎn)移工藝46
2.2.4 CVD法制備石墨烯的摻雜方法48
2.2.5石墨烯的檢測和分析方法50
2.3化學(xué)氣相沉積石墨烯薄膜的應(yīng)用57
2.3.1基于CVD石墨烯的生物傳感器——以DNA傳感為例57
2.3.2 CVD石墨烯場效晶體管的應(yīng)用60
2.3.3 CVD石墨烯用于透明導(dǎo)電薄膜62
2.3.4 CVD石墨烯用于電催化多孔電極材料66
2.3.5 CVD石墨烯的導(dǎo)熱應(yīng)用67
2.3.6 CVD石墨烯的未來應(yīng)用展望68
2.4本章小結(jié)70
參考文獻70
第3章 石墨烯化學(xué)剝離制備技術(shù)78
3.1引言78
3.2石墨烯化學(xué)剝離制備技術(shù)背景78
3.3石墨烯化學(xué)剝離制備技術(shù)進展79
3.3.1化學(xué)剝離方法簡介79
3.3.2石墨氧化還原法制備石墨烯80
3.3.3石墨及石墨層間化合物剝離制備技術(shù)91
3.3.4石墨烯的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)96
3.3.5化學(xué)剝離石墨烯規(guī)模化制備技術(shù)進展103
3.4本章小結(jié)109
參考文獻110
第4章 石墨烯的分散與應(yīng)用116
4.1引言116
4.1.1石墨烯分散的意義116
4.1.2石墨烯分散要解決的基本問題116
4.2石墨烯的物理分散119
4.2.1石墨烯在溶劑中直接分散-石墨烯在溶劑中直接剝離分散119
4.2.2石墨烯在溶劑中直接分散-rGO在溶劑中的分散122
4.2.3表面活性劑分散石墨烯122
4.2.4表面活性劑分散還原氧化石墨烯123
4.2.5高分子分散劑123
4.2.6聚合包覆124
4.2.7π-π偶合的分散方法126
4.3化學(xué)修飾分散133
4.3.1 GO分散后還原133
4.3.2 GO接枝后還原134
4.3.3還原石墨烯接枝135
4.3.4石墨烯接枝139
4.3.5化學(xué)與物理分散之比較142
4.4石墨烯的分散及在重防腐涂料應(yīng)用142
4.4.1石墨烯的高效分散142
4.4.2石墨烯重防腐涂料143
4.5本章小結(jié)145
參考文獻145
第5章 石墨烯儲能技術(shù)及應(yīng)用153
5.1引言153
5.2石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用153
5.2.1鋰離子電池簡介153
5.2.2石墨烯電極材料155
5.2.3石墨烯基復(fù)合電極材料158
5.2.4石墨烯在柔性鋰離子電池中的應(yīng)用167
5.3石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用170
5.3.1超級電容器簡介170
5.3.2石墨烯基雙電層電容器171
5.3.3基于石墨烯的贗電容電極材料178
5.3.4基于石墨烯的混合電容器182
5.4石墨烯在新概念電池中的應(yīng)用184
5.4.1簡介184
5.4.2石墨烯在鋰硫電池中的應(yīng)用185
5.4.3石墨烯在鋰空氣電池中的應(yīng)用192
5.5本章小結(jié)197
參考文獻197
第6章 石墨烯基復(fù)合潤滑材料206
6.1引言206
6.2石墨烯的納米摩擦學(xué)性能206
6.2.1石墨烯的摩擦學(xué)性能206
6.2.2改性石墨烯的納米摩擦學(xué)性能216
6.2.3環(huán)境對石墨烯納米摩擦性能的影響217
6.3石墨烯納米潤滑薄膜217
6.3.1石墨烯納米潤滑薄膜的摩擦學(xué)性能217
6.3.2石墨烯基自組裝潤滑薄膜219
6.3.3石墨烯基納米復(fù)合潤滑薄膜221
6.4石墨烯潤滑添加劑225
6.4.1油潤滑添加劑226
6.4.2水潤滑添加劑227
6.4.3其他介質(zhì)添加劑228
6.5石墨烯潤滑填料233
6.5.1聚合物復(fù)合材料填料233
6.5.2無機復(fù)合材料填料236
6.6本章小結(jié)237
參考文獻238
第7章 碳基催化材料及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化應(yīng)用244
7.1引言244
7.2納米碳催化發(fā)展歷史245
7.3納米碳材料的功能化改性245
7.3.1羧基化改性方法245
7.3.2磺酸基改性方法247
7.3.3堿性改性方法248
7.4納米碳催化反應(yīng)250
7.4.1烷烴氧化脫氫反應(yīng)250
7.4.2液相氧化反應(yīng)254
7.4.3電化學(xué)氧還原反應(yīng)256
7.5納米碳的酸堿催化259
7.5.1酸催化259
7.5.2堿催化261
7.6功能化納米碳在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用264
7.6.1生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)催化技術(shù)264
7.6.2酯化和酯交換反應(yīng)265
7.6.3纖維素糖化和糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)266
7.7本章小結(jié)269
參考文獻269
第8章 碳基熱電材料277
8.1引言277
8.2碳基熱電材料簡介277
8.2.1熱電材料發(fā)展歷史277
8.2.2熱電材料的研究方法278
8.2.3碳基熱電材料研究進展282
8.3一維碳基熱電材料研究284
8.3.1超小直徑碳納米管的熱電性能284
8.3.2一系列鋸齒形和手性碳納米管的熱電性能287
8.3.3碳納米線的熱電性能292
8.3.4碳納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的熱電性能296
8.4二維碳基熱電材料研究301
8.4.1石墨烯復(fù)合材料的熱電性能301
8.4.2石墨烯、石墨炔的熱電性能302
8.5本章小結(jié)311
參考文獻311
第9章 碳基熒光材料316
9.1引言316
9.2碳基熒光材料的制備與主要特點316
9.2.1制備方法317
9.2.2主要特點320
9.2.3發(fā)光性能調(diào)控324
9.2.4發(fā)光機理325
9.3碳基熒光材料的應(yīng)用327
9.3.1化學(xué)與生物傳感327
9.3.2生物成像與醫(yī)學(xué)診療330
9.3.3光電子器件333
9.4本章小結(jié)335
參考文獻336
第10章 碳基膜分離材料的設(shè)計、制備和應(yīng)用345
10.1引言345
10.1.1碳基膜材料簡介346
10.1.2碳基膜材料的發(fā)展347
10.2碳膜的研究進展347
10.2.1碳膜簡介347
10.2.2碳膜的發(fā)展348
10.2.3碳膜的制備348
10.2.4碳膜的表征353
10.3氧化石墨烯膜的研究進展354
10.3.1氧化石墨烯簡介354
10.3.2氧化石墨烯的制備方法355
10.3.3氧化石墨烯制品結(jié)構(gòu)及制備方法356
10.3.4氧化石墨烯膜的表征363
10.3.5金屬有機框架與氧化石墨烯復(fù)合膜364
10.3.6聚合物與氧化石墨烯復(fù)合膜366
10.4碳基膜材料的應(yīng)用368
10.4.1碳基膜材料在氣體分離中的應(yīng)用368
10.4.2碳基膜材料在海水淡化中的應(yīng)用372
10.4.3碳基膜材料在醇/水分離中的應(yīng)用376
10.5本章小結(jié)377
參考文獻378
第11章 碳基材料的高分子功能化384
11.1引言384
11.2碳基材料的表面高分子功能化384
11.2.1碳基材料表面高分子功能化技術(shù)384
11.2.2刺激響應(yīng)型高分子功能化的碳基材料391
11.3高分子功能化碳基復(fù)合材料的應(yīng)用393
11.3.1高分子功能化碳基材料在聚合物加工中的應(yīng)用393
11.3.2高分子功能化碳基材料在生物醫(yī)用中的應(yīng)用396
11.3.3高分子功能化碳基材料在傳感檢測中的應(yīng)用397
11.4二維碳基薄膜材料400
11.4.1碳基薄膜材料的制備400
11.4.2碳基薄膜材料的應(yīng)用403
11.5本章小結(jié)407
參考文獻407
第12章 多尺度人造金剛石420
12.1引言420
12.2 CVD單晶金剛石的合成與工業(yè)化應(yīng)用421
12.2.1化學(xué)氣相沉積單晶金剛石的意義421
12.2.2大塊單晶金剛石的批量制備及研究進展425
12.2.3單晶金剛石的工業(yè)化應(yīng)用前景428
12.3超細納米金剛石膜的制備與工業(yè)化應(yīng)用436
12.3.1超細納米金剛石生長機理436
12.3.2大面積UNCD的制備及研究進展438
12.3.3超細納米晶金剛石的工業(yè)化應(yīng)用前景445
12.4金剛石粉體表面功能處理及其工業(yè)化應(yīng)用448
12.4.1高溫高壓合成金剛石的發(fā)展現(xiàn)狀448
12.4.2金剛石粉體表面功能化研究進展451
12.4.3功能化金剛石粉體的工業(yè)化應(yīng)用458
12.5本章小結(jié)461
參考文獻461