（⼀）概述
氧化⽯墨烯是⼀种层状的⽯墨氧化物，可以通过超声波处理或机械搅拌将⽯墨氧化成层状得到⽯墨烯基材料丰富的功能性来源于其晶格结构和表⾯富含的各种含氧基团，表⾯官能团提供了丰富并且有效的活性点位此外，氧化⽯墨烯拥有可调节的电⼦属性通常情况下，由于⼤量的sp3杂化碳原⼦与含氧基团结合在⼀起产⽣绝缘层，这使得单⽚电阻可以达到1012Ωsq-1或者更⾼然⽽在还原反应后，还原氧化⽯墨烯的单⽚电阻可以降低数个数量级，使得原有材料转换成半导体，甚⾄变成类似⽯墨烯的半导体材料 除此之外，氧化⽯墨烯还表现了出⾊的光学和机械性能，在各个领域⼴泛应⽤通过改变氧化⽯墨烯薄膜厚度和氧化⽯墨烯的还原程度来调节它的光透射率⼀般来说，悬浮在⽔中的氧化⽯墨烯薄膜由于浓度不同呈现为暗棕⾊到亮黄⾊的状态,⽽还原氧化⽯墨烯薄膜(厚度⼩于30nm)是半透明的氧化⽯墨烯的光学吸收主要由π-π转换控制，它通常会在225—275nm(4.5-5.5eV)之间产⽣吸收峰值在还原过程中，当吸收峰
向27Onm移动时,π电⼦密度和结构顺序的增加，导致其光吸收强度增加
通常，氧化⽯墨烯的机械性能由氧化的程度和厚度等细节决定尽管氧化⽯墨烯的特性丰富，但在实际应⽤中仍然存在⼀些不⾜之处结构缺陷分散性差和多层厚度会影响其电⽓性能和⽐表⾯积⼤⼩常⽤氧化⽯
墨烯的绝缘特性也限制了它在电⼦设备和能量存储中的应⽤但是，氧化⽯墨烯本⾝表⾯上含氧官能团可以通过对其进⾏化学修饰或功能优化来⼤幅度增加它的结构和化学多样性因此，在能量存储转换和环境保护的应⽤领域中，氧化⽯墨烯及其复合材料具有⼀很⼤的潜⼒ （⼆）能量转换与储存
1、光解⽔产氢
在未来，氢能源被认为是⼀种清洁的可再⽣能源氢⽓的⽣产和储存对于氢⽓的利⽤⾄关重要在可见光照射下的半导体光催化剂进⾏⽔分解是⼀种具有潜⼒的获取氢能源的⽅式在实际应⽤中，这种技术具有⽆法利⽤可见光，能量补偿不合理，和反应接触⾯积⼩等缺点
由于优越的电⼦移动性,⾼⽐表⾯积，可调节的电⼦能带结构，氧化⽯墨烯基复合材料已经被开发成为了光解⽔的⾼效催化剂研究表明，在汞光照射下，即使没有Pt催化剂，氧化⽯墨烯在2.4—4.3eV能带下仍然具有光解产氢的催化活性由于氧化⽯墨烯⽚状材料拥有更⾼的氧化能⼒，较⼤的能带和对于光吸收的限制，氧化⽯墨烯更有利于帮助达到光分解⽔产氢的⽬的
2、储氢
⽬前，氢能源储存⽅式可以分为化学储存和物理储存化学存储的氢化物虽然通常具有较⾼的氢含量，
政府预算管理论文但其氢释放性能不理想物理存储由于受到H2分⼦弱吸附性能的影响，导致存储能⼒普遍较低，并且物理存储要求其存储设备条件较⾼，在满⾜较⼤的表⾯积同时重量要轻
计量秤物理储氢
在原⼆维⽯墨烯纳⽶薄⽚上,H2分⼦的弱吸附能(只有1.2kJmol)通常会导致⾮常低的储氢能
⼒(<2wt%)然⽽在⼤⽓压⼒下，层状氧化⽯墨烯材料可以⾼达4wt%的⾼储氢能⼒，并且可以通过调整层间距和孔隙⼤⼩来提⾼储氢容量氧化⽯墨烯表⾯官能团与其他活性物种进⼀步合成可以提⾼H2的结合能，在克服⾦属聚集的缺点下，掺杂⾦属(特别是过渡⾦属)对氧化⽯墨烯进⾏改性是提⾼H2结合能和储存能⼒的⼀种有效⽅法氧化⽯墨烯基的复合材料特别是3D柱状多孔材料表现出了良好的氢⽓储存性能和能源应⽤潜⼒
化学储氢
⽔合物储氢的⽅式的主要缺点在于氢能释放时的温度过低由于氧化⽯墨烯的⾼⽐表⾯积和较强的化学稳定性，可以作为载体来分散和稳定⾦属纳⽶颗粒⽤于催化和分离H2分⼦由氧化⽯墨烯作载体的贵⾦属催化剂如Pt-CeO2/GO具有稳定活性中⼼的协同效应并且增加了催化剂的催化活性 3、锂电池
为满⾜⽇益增长的便携式电⼦产品和电动汽车的需求，锂电池为未来的能源储存和利⽤提供了⼀种新的⽅式氧化⽯墨烯表⾯的官能团可以作为化学改性优化的活性位点，从⽽使不同的活性物种形成并提供多元电极材料结构作为普遍使⽤可充电电池，传统电极材料的锂离⼦电池具有理论容量限制的缺点,⽽氧化⽯墨烯基复合材料⽆论作为阳极和阴极材料都表现出了优越的电化学性能在纯氧化物或硫氧化物的情况下，将还原氧化⽯墨烯加⼊⾦属氧化物或硫醚可以显著提⾼电池的性能氧化⽯墨烯可以作为保护涂层，在锂电池使⽤中抑制铝电流收集器的腐蚀
（三）环境保护
1、处理有害⽓体
⼯业释放的温室⽓体和有毒⽓体是对环境的最⼤威胁之⼀原则上，去除空⽓污染物可分为三种途径: (1)减少⽓体排放,(2)⽓体收集和储存,(3)最终利⽤氧化⽯墨烯表⾯的含氧官能团使其能够与各种分⼦进⾏共价和⾮共价的相互作⽤在⼯业加⼯过程中，氧化⽯墨烯独特的电⼦结构也为处理有害⽓体提供了有效的催化剂因此，氧化⽯墨烯基复合材料是⽤于处理COCO2NH3和氮氧化物等有害⽓体的潜⼒材料吸附⼆氧化碳
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薄层氧化⽯墨烯在⽔分⼦环境下具有良好的吸附性能分⼦动⼒学模拟表明，氧化⽯墨烯的官能团能够增强对⼆氧化碳的吸附能⼒⽔的存在有助于保持⼆氧化碳和氧化⽯墨烯结构的整合状态，并通过⼆氧
化碳和附在氧化⽯墨烯表⾯上的含氧基团之间的排斥⼒作⽤来影响⼆氧化碳的迁移程度
除氨
除温室⽓体外，氧化⽯墨烯基复合材料具有良好的氨吸附能⼒在氧化⽯墨烯中加⼊含氧基团和活性物质，如磺酸基聚氧化合物氧化锰等在⽔环境下可以提升其氨的吸附能⼒此外，第⼀性原理计算表明，不同的活性位点能有效地促进氨和氧化⽯墨烯之间的电荷转移
去除其他有害⽓体
其他有害⽓体如甲醛丙酮硫化氢⼆氧化硫⼀氧化碳氮氧化物，也可以通过氧化⽯墨烯基复合材料有效地去除第⼀性原理计算结果表明，羟基和羰基基团以及附近的碳原⼦与氮氧化物的分⼦种类可以产⽣强烈的相互作⽤从⽽进⾏化学吸附
化学催化转化
西门子m65除收集有害⽓体外，氧化⽯墨烯复合材料也可应⽤于空⽓污染物转化为⼀些有⽤的能源资源⽅⾯四丁基溴化铵作为助催剂可以将⼆氧化碳转化为环氧丙烷,⽽氧化⽯墨烯-四丁基溴化铵复合材料催化剂在相对温和的条件下可以产⽣96%的碳酸丙烯酯。多孔泡沫状的氧化⽯墨烯不仅是氧化剂，也是⼆氧化硫氧化成三氧化硫过程中的催化剂除了作为催化剂本⾝，氧化⽯墨烯还可以作为⼀个⾼效催化剂载体
⽤于转化为⼀氧化碳⼆氧化碳和氨⽓等有害⽓体
光催化转化
由于其独特的电⼦结构，氧化⽯墨烯复合材料是⼀种良好的光催化剂铂改性氧化⽯墨烯和铂改性⼆氧化钛纳⽶管分别为阴极和阳极光催化剂，在⼆氧化碳转化为化学材料(甲醇⼄醇甲酸和⼄酸)⽅⾯具有⾼效的性能由于Pt催化剂成本较⾼，可以⽤⾮贵⾦属催化剂进⾏替代对Cu2O⽽⾔，还原氧化⽯墨烯涂层可以减缓电⼦空⽳复合，促进电荷转移，极⼤地增强了催化活性除⼆氧化碳外，氧化⽯墨烯胶体能够接收来⾃⼆氧化钛纳⽶晶体的光电⼦并与其在表⾯结合，可以增强⼆氧化钛纳⽶晶体的光催化活性
吉林工业大学
2、净化⽔
除空⽓污染之外,⽔污染是另⼀个世界性的环境问题⽔净化的有效处理⽅式可分为污染物的吸附和转化废⽔中的污染物，特别是其中的重⾦属离⼦和有机染料，严重威胁⼈类动物和植物的⽣产⽣活,⽽氧化⽯墨烯基复合材料对这些污染物通常表现出很强处理性能
重⾦属离⼦吸附
由于表⾯含氧基团作为活性位点与Cu2离⼦的相互作⽤引发了聚合反应，氧化⽯墨烯复合材料具有
对Cu2离⼦吸附能⼒并且，由于纳⽶⽚状氧化⽯墨烯良好的结构稳定性，对于Cd2C02A Pd2和Pt4离⼦的吸附能⼒⽐Cu2更强
有机染料吸附
另⼀⽅⾯，氧化⽯墨烯复合材料本⾝在⽔中具有很强的去除有机染料的能⼒由于氧化⽯墨烯和亚甲基蓝之间的静电相互作⽤和部分π-π键相互堆积作⽤，使得亚甲基蓝的去除效率⾼达99%此外，氧化⽯墨烯也具有吸附各种有机染料的能⼒
化学还原净化⽔郑州航空工业管理学院学报
在酸性条件下,⼄⼆胺涂层的氧化⽯墨烯由于碳六元环的π电⼦作⽤下，对于还原Cr4⾄低毒性的Cr3显⽰出了较⾼的转化效率此外，在硫化钠催化还原亚硝基苯的过程中，氧化⽯墨烯的锯齿形边缘可以作为催化活性点位,⽽底⾯可以作为电⼦转移的导体Co3O4涂层氧化⽯墨烯也对酸性橙和亚甲基蓝分解具有较⾼的化学催化能⼒
光还原净化⽔
氧化⽯墨烯基材料作为光催化剂在毒性Cr4离⼦和有机染料⽅⾯具有⾼转化效率亚甲基蓝甲基橙和⽔晶紫等有机染料也可以通过氧化⽯墨烯基光催化剂被有效地降解除染料外，其他种类的有机污染物也
可被光降解除草剂2,4—氯氢氧⼄酸在模拟太阳光照射与掺杂银和氧化⽯墨烯的⼆氧化钛复合材料(Ag/RGO—TiO2)下,⼏乎被100%光解并具有良好的循环性环氧树脂和氧化⽯墨烯混合物显⽰了苯酚降解的光催化活性,CdS掺杂氧化⽯墨烯纳⽶复合材料在可见光照射下可以有选择性地光催化还原芳族硝基有机物（四）综述
通过掺杂其他活性物质，可以通过化学改性来优化氧化⽯墨烯因此，氧化⽯墨烯复合材料具有其独特的表⾯化学性能和结构特征，如三维⽹络空间结构较⼤的⽐表⾯积可调节的电导率较强的化学稳定性和极好的弹性通过改变表⾯官能团浓度调节带隙和电⼦逸出功的数值，氧化⽯墨烯材料可以作为光催化⽔分解降解有机染料减少有害⽓体或重⾦属离⼦的有效催化剂此外,⾼⽐表⾯积和丰富的官能团为吸附各类⽓体提供了⾜够的空间和活性点位，因此氧化⽯墨烯复合材料可以进⾏C0CO2NO2NH3⽓体吸附重⾦属离⼦去除和有机染料降解尽管氧化⽯墨烯基复合材料的空⽓/⽔净化技术取得了巨⼤的进步，但是氧化⽯墨烯及其复合材料实际应⽤并不成熟⽬前阐明氧化⽯墨烯基复合材料的作⽤机理和协同效应是⾄关重要的在技术操作⽅⾯，提⾼氧化⽯墨烯基复合材料的热化学稳定性，并将氧化⽯墨烯复合材料具体实践于能源和环境应⽤仍是⼀个巨⼤的挑战然⽽，通过结合氧化⽯墨烯优异的物理化学性质和掺杂修饰多⽤途纳⽶材料，在能源和环境应⽤⽅⾯有⼀个光明的前景，并且这⼀领域将持续快速发展，为社会带来巨⼤的进步
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