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第1章 石墨烯的基础原理 1

1.1引言 1

1.2石墨烯的制备 3

1.2.1机械剥离法 3

1.2.2外延生长 3

1.2.3 CVD生长石墨烯 4

1.2.4溶液法制备石墨烯 5

1.2.5基于氧化石墨烯的复合材料 7

1.3石墨烯的表征 12

1.3.1 AFM 12

1.3.2 SEM 14

1.3.3 TEM/SEAD/EELS 14

1.3.4 XPS 17

1.3.5 XRD 17

1.3.6拉曼光谱 19

1.3.7 PL测试 20

1.4石墨烯的光学性质改性 21

1.4.1石墨烯（太赫兹，紫外－可见光－近红外光谱）的吸收性能改性 21

1.4.2石墨烯PL性质的改性 25

1.5石墨烯的光电应用 33

参考文献 38

第2章 基于石墨烯的锂离子电池电极 42

2.1引言 42

2.2 LIB的工作原理 42

2.3基于石墨烯的LIB正极材料 44

2.4基于石墨烯的LIB负极材料 46

2.4.1基于石墨烯的LIB负极 46

2.4.2石墨烯基复合材料LIB负极 48

2.5二维柔性和不含黏合剂的石墨烯基电极 57

2.5.1基于石墨烯基的柔性LIB负极材料 58

2.5.2基于石墨烯的柔性LIB正极材料 63

2.6三维宏观石墨烯基电极 64

2.7总结和展望 66

参考文献 68

第3章 基于石墨烯的储能装置 74

3.1引言 74

3.2石墨烯用于锂离子电池 74

3.2.1负极材料 74

3.2.2正极材料 88

3.3石墨烯用于超级电容器 96

3.4石墨烯用于锂硫电池 99

3.5石墨烯用于燃料电池 101

3.6石墨烯用于太阳电池 102

3.7总结 104

参考文献 104

第4章 基于石墨烯纳米复合材料的超级电容器 108

4.1引言 108

4.2基于石墨烯的超级电容器 109

4.2.1 EDLC 109

4.2.2石墨烯/金属氧化物纳米复合材料 112

4.2.3石墨烯/导电聚合物复合材料 114

4.2.4原子层沉积技术制备石墨烯/金属氧化物纳米复合材料 119

4.3问题和展望 119

参考文献 121

第5章 基于新型石墨烯复合材料的高性能超级电容器 127

5.1引言 127

5.2石墨烯的制备方法 129

5.2.1“自上而下”的制备方法 130

5.2.2“自下而上”的制备方法 131

5.3基于石墨烯的超级电容器电极 132

5.3.1石墨烯 132

5.3.2石墨烯基复合材料 133

5.4结论和展望 144

参考文献 144

第6章 石墨烯应用于超级电容器 149

6.1引言 149

6.1.1电化学电容器 150

6.1.2石墨烯作为超级电容器材料 152

6.2用于石墨烯基电容器的电极材料 153

6.2.1基于双层电容的石墨烯电极材料 153

6.2.2石墨烯/赝电容复合电极材料 159

6.3基于石墨烯的不对称超级电容器 167

6.3.1基于石墨烯和赝电容材料的非对称电容器 168

6.3.2石墨烯基锂离子电容器 172

6.4石墨烯基微型超级电容器 174

6.5总结和展望 177

致谢 178

参考文献 178

第7章 基于石墨烯的太阳能驱动水分解装置 187

7.1引言 187

7.2太阳能驱动水分解装置的基本结构 188

7.3石墨烯在太阳能驱动水分解装置中的前景 188

7.4基于石墨烯的集成光电化学电池 190

7.5基于石墨烯的混合胶体光催化体系 197

7.6基于石墨烯的光伏/电解器件 206

7.7结论和观点 210

参考文献 210

第8章 石墨烯衍生物在光催化中的应用 218

8.1引言 218

8.2氧化石墨烯和还原氧化石墨烯 219

8.2.1制备 219

8.2.2性能 220

8.3石墨烯基半导体光催化剂的合成 222

8.3.1混合法 223

8.3.2溶胶－凝胶工艺 223

8.3.3水热和溶剂热法 224

8.4光催化应用 225

8.4.1有机污染物的光降解 225

8.4.2光催化分解H2O 229

8.4.3光催化还原CO2 231

8.4.4其他应用：染料敏化太阳电池 232

8.5结论和展望 233

致谢 234

参考文献 234

第9章 石墨烯基光催化剂在能源领域的应用：进展和未来前景 243

9.1引言 243

9.1.1石墨烯基光催化剂的合成 244

9.1.2异位杂化策略 244

9.1.3原位生长策略 245

9.2能源应用 248

9.2.1光催化氢气的释放 248

9.2.2光催化还原二氧化碳 250

9.2.3环境修复 251

9.3结论和展望 252

参考文献 252

第10章 石墨烯基储氢装置 259

10.1引言 259

10.2分子氢的存储 260

10.2.1石墨烯基金属/金属氧化物 263

10.2.2掺杂石墨烯 263

10.3基于氢溢流的原子氢存储 264

参考文献 266

第11章 可控尺寸和形状石墨烯支撑的金属纳米结构用于燃料电池的先进电催化剂 269

11.1引言 269

11.2燃料电池 270

11.2.1 PEMFC的配置和设计 270

11.2.2 DMFC 271

11.2.3 DFAFC 273

11.2.4 DAFC和生物燃料电池 274

11.3石墨烯基金属纳米结构作为燃料电池的电催化剂 274

11.3.1石墨烯支撑的金属纳米团簇 275

11.3.2石墨烯支撑的单金属和合金金属纳米颗粒 277

11.3.3石墨烯支撑的核－壳纳米结构 280

11.3.4石墨烯支撑的中空纳米结构 282

11.3.5石墨烯支撑的立方纳米结构 283

11.3.6石墨烯支撑的纳米线和纳米棒 286

11.3.7石墨烯支撑的花状纳米结构 287

11.3.8石墨烯支撑的纳米枝晶 289

11.3.9其他石墨烯支撑的二维或三维纳米结构 289

11.4结论 291

致谢 291

参考文献 292

第12章 石墨烯微生物燃料电池 296

12.1引言 296

12.2 MFC 297

12.2.1 MFC的工作原理 297

12.2.2 MFC的优势 297

12.2.3 MFC的分类 298

12.3 MFC的发展历史 300

12.4 MFC的应用前景 300

12.4.1微型电池嵌入身体 301

12.4.2移动电源 301

12.4.3光合作用产生电力 301

12.4.4生物传感器 301

12.4.5偏远地区或公海的电力供应 301

12.4.6有机废水处理 301

12.5 MFC中存在的问题 302

12.6基于石墨烯的MFC 302

12.6.1阳极 302

12.6.2膜 303

12.6.3阴极 303

参考文献 304

第13章 石墨烯基材料在改善微生物燃料电池电极性能中的应用 308

13.1引言 308

13.2 MFC中阳极电极的石墨烯材料 309

13.2.1石墨烯纳米片 309

13.2.2三维石墨烯 311

13.2.3 GO 312

13.3用于MFC中阴极电极的石墨烯材料 313

13.3.1裸石墨烯 314

13.3.2用石墨烯作为掺杂剂的聚合物涂层 314

13.3.3用石墨烯作为支撑物的金属涂层 315

13.3.4氮掺杂石墨烯 316

13.4展望 317

参考文献 318

第14章 石墨烯及其衍生物在酶促生物燃料电池中的应用 322

14.1引言 322

14.2无膜酶促生物燃料电池 323

14.3改性生物阳极和生物阴极 325

14.3.1电化学还原的GO和MWCNT/ZnO 325

14.3.2石墨烯/SWCNT 326

14.4结论 327

致谢 327

参考文献 327

第15章 石墨烯及其衍生物用于高效有机光伏 329

15.1引言 329

15.2太阳电池中的各种应用 329

15.2.1导电电极 329

15.2.2活动层 336

15.2.3电荷传输层 339

15.2.4电子传输层 346

15.3结论 350

致谢 350

参考文献 350

第16章 石墨烯作为敏化剂 355

16.1石墨烯作为敏化剂 355

16.2石墨烯作为存储集流体 357

16.2.1阳极集流体 358

16.2.2阴极集流体 359

16.3石墨烯作为光电阳极添加剂 361

16.3.1 DSSC应用程序 361

16.3.2 OPV应用 362

16.3.3锂离子电池 363

16.3.4传感器应用 363

16.3.5透明导电薄膜 364

16.3.6光催化应用 365

16.4石墨烯作为阴极电催化剂 365

16.4.1 N掺杂石墨烯 366

16.4.2 B、P、S和Se掺杂的石墨烯 366

16.5结论 367

致谢 368

参考文献 368