孔玥，黄燕山，罗宇，韩生

（上海应用技术大学化学与环境工程学院，上海 201418）

能源与环境问题，如排放污染、化石燃料的枯竭、全球变暖等，已经逐渐成为人类社会发展中所面临的艰巨挑战[1]。因此，迫切需要设计开发清洁和可再生的能源材料及其生产设备。其中能源的高效率存储和有效转换是可再生能源领域的重要部分，开发清洁环保、高效寿命长的催化剂、锂离子电池以及超级电容器最受关注。急需寻求一类新型的、对环境友好的、适应性强的能源储备材料，以满足人类社会对可持续能源材料的高需求。石墨烯，这种由sp2杂化的碳原子形成的单原子层排列成独特的二维蜂窝状的晶体[2]，衍生出各种优异的性质，如较大的理论比表面积、优异的导电性、高的载流子迁移率、高的杨氏模量等，而且亲水性好，与大部分能源领域的活性材料具有良好的兼容性[3]，已经广泛应用于传感器、储能、催化和电极材料等新能源转换与存储领域[4]。

1 石墨烯的概述

1.1 石墨烯的结构

2004年，英国物理学家Novoselov 等[5]通过胶带剥离的方法从石墨中成功分离出了石墨烯，从此开启了人们对石墨烯的研究历程。石墨烯片中的碳原子通过σ键结合在一起，晶格中的每个碳原子都具有的一个7C轨道的作用是有助于电子的传导[6]。石墨烯结构中的碳原子以六元环的形式呈周期性的规则排列，使石墨烯材料具有绝佳的力学性能。同时其杂化结构剩余的一个p轨道上的电子会形成大π键，形成的π电子可以朝着自由的方向移动，这一点也使石墨烯材料具有优异的导电性能[7]。……