中国科学院宁波工业技术研究院（筹）科技协同创新丛书 先进碳材料科学与功能应用技术 《先进碳材料科学与功能应用技术》编委会 编 2016年版

中国科学院宁波工业技术研究院（筹）科技协同创新丛书 先进碳材料科学与功能应用技术
作者：《先进碳材料科学与功能应用技术》编委会 编
出版时间： 2016年版
丛编项： 中国科学院宁波工业技术研究院（筹）科技协同创新丛书
内容简介
　　本书内容涵盖了低维碳材料（碳量子点、石墨烯、石墨炔）、碳基薄膜材料、人造单晶金刚石等先进碳基材料的生长制备技术和独特的物理/化学特性，重点说明了碳材料的表征方法和性能优化工艺。并且系统阐述了这些先进碳材料在化学与医学传感器、生物质催化、功能化涂层，以及锂离子电池、超级电容器、热电材料等能源领域的应用技术与基本科学原理，此外还介绍了相关领域国内外的*新研究进展以及产业化的前景展望。
目录
序言
前言
第1章 低维纳米碳材料的理论研究 1
1.1 引言 1
1.2 纳米碳材料理论研究基本方法简介 1
1.2.1 量子化学计算方法 1
1.2.2 分子动力学仿真 3
1.2.3 蒙特卡罗模拟 7
1.3 低维纳米碳材料的理论研究现状 10
1.3.1 石墨烯材料电子结构和重要性质的理论预测 10
1.3.2 功能化石墨烯重要化学反应机理的理论计算 12
1.3.3 富勒烯的电子结构和化学反应动力学研究 20
1.3.4 石墨烷的理论发现和近期研究进展 22
1.3.5 石墨炔材料理论研究的回顾和展望 24
1.4 低维纳米碳材料在镧锕系元素分离中的应用和理论研究进展 26
1.4.1 乏核燃料的镧锕系元素分离在核工业巾的重要意义 26
1.4.2 氧化石墨烯吸附镧锕系元素的基本原理 27
1.4.3 氧化石墨烯末端官能团对镧锕系元素分离效率的影响 29
1.4.4 纳米碳材料吸附镧锕系元素离子的热力学和动力学理论 29
1.4.5 锕系元素重要离子的量子化学处理方法 31
1.4.6 次锕系元素水溶性离子与纳米碳材料相互作用的理论研究现状 32
1.5 本章小结 34
参考文献 34
第2章 化学气相沉积法生长石墨烯薄膜与应用 41
2.1 引言 41
2.2 化学气相沉积法生长石墨烯及其特性 41
2.2.1 化学气相沉积法生长石墨烯 41
2.2.2 CVD法制备石墨烯的生长机制 43
2.2.3 CVD法制备石墨烯的转移T艺 46
2.2.4 CVD法制备石墨烯的掺杂方法 48
2.2.5 石墨烯的检测和分析方法 50
2.3 化学气相沉积石墨烯薄膜的应用 57
2.3.1 基于CVD石墨烯的生物传感器——以DNA传感为例 57
2.3.2 CVD石墨烯场效晶体管的应用 60
2.3.3 CVD石墨烯用于透明导电薄膜 62
2.3.4 CVD石墨烯用于电催化多孔电极材料 66
2.3.5 CVD石墨烯的导热应用 67
2.3.6 CVD石墨烯的未来应用展望 68
2.4 本章小结 70
参考文献 70
第3章 石墨烯化学剥离制备技术 78
3.1 引言 78
3.2 石墨烯化学剥离制备技术背景 78
3.3 石墨烯化学剥离制备技术进展 79
3.3.1 化学剥离方法简介 79
3.3.2 石墨氧化还原法制备石墨烯 80
3.3.3 石墨及石墨层间化合物剥离制备技术 91
3.3.4 石墨烯的表面化学结构与性质 96
3.3.5 化学剥离石墨烯规模化制备技术进展 103
3.4 本章小结 109
参考文献 110
第4章 石墨烯的分散与应用 116
4.1 引言 116
4.1.1 石墨烯分散的意义 116
4.1.2 石墨烯分散要解决的基本问题 116
4.2 石墨烯的物理分散 119
4.2.1 石墨烯在溶剂中直接分散-石墨烯在溶剂巾直接剥离分散 119
4.2.2 石墨烯在溶剂中直接分散-rGO在溶剂中的分散 122
4.2.3 表面活性剂分散石墨烯 122
4.2.4 表面活性剂分散还原氧化石墨烯 123
4.2.5 高分子分散剂 123
4.2.6 聚合包覆 124
4.2.7 π-π偶合的分散方法 126
4.3 化学修饰分散 133
4.3.1 GO分散后还原 133
4.3.2 GO接枝后还原 134
4.3.3 还原石墨烯接枝 135
4.3.4 石墨烯接枝 139
4.3.5 化学与物理分散之比较 142
4.4 石墨烯的分散及在重防腐涂料应用 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 本章小结 145
参考文献 145
第5章 石墨烯储能技术及应用 153
5.1 引言 153
5.2 石墨烯在锂离子电池中的应用 153
5.2.1 锂离子电池简介 153
5.2.2 石墨烯电极材料 155
5.2.3 石墨烯基复合电极材料 158
5.2.4 石墨烯在柔性锂离子电池巾的应用 167
5.3 石墨烯在超级电容器中的应用 170
5.3.1 超级电容器简介 170
5.3.2 石墨烯基双电层电容器 171
5.3.3 基于石墨烯的赝电容电极材料 178
5.3.4 基于石墨烯的混合电容器 182
5.4 石墨烯在新概念电池中的应用 184
5.4.1 简介 184
5.4.2 石墨烯在锂硫电池中的应用 185
5.4.3 石墨烯在锂空气电池巾的应用 192
5.5 本章小结 197
参考文献 197
第6章 石墨烯基复合润滑材料 206
6.1 引言 206
6.2 石墨烯的纳米摩擦学性能 206
6.2.1 石墨烯的摩擦学性能 206
6.2.2 改性石墨烯的纳米摩擦学性能 216
6.2.3 环境对石墨烯纳米摩擦性能的影响 217
6.3 石墨烯纳米润滑薄膜 217
6.3.1 石墨烯纳米润滑薄膜的摩擦学性能 217
6.3.2 石墨烯基白组装润滑薄膜 219
6.3.3 石墨烯基纳米复合润滑薄膜 221
6.4 石墨烯润滑添加剂 225
6.4.1 油润滑添加剂 226
6.4.2 水润滑添加剂 227
6.4.3 其他介质添加剂 228
6.5 石墨烯润滑填料 233
6.5.1 聚合物复合材料填料 233
6.5.2 无机复合材料填料 236
6.6 本章小结 237
参考文献 238
第7章 碳基催化材料及生物质转化应用 244
7.1 引言 244
7.2 纳米碳催化发展历史 245
7.3 纳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 碱性改性方法 248
7.4 纳米碳催化反应 250
7.4.1 烷烃氧化脱氢反应 250
7.4.2 液相氧化反应 254
7.4.3 电化学氧还原反应 256
7.5 纳米碳的酸碱催化 259
7.5.1 酸催化 259
7.5.2 碱催化 261
7.6 功能化纳米碳在生物质转化中的应用 264
7.6.1 生物质转化的传统催化技术 264
7.6.2 醋化和酯交换反应 265
7.6.3 纤维素糖化和糖转化反应 266
7.7 本章小结 269
参考文献 269
第8章 碳基热电材料 277
8.1 引言 277
8.2 碳基热电材料简介 277
8.2.1 热电材料发展历史 277
8.2.2 热电材料的研究方法 278
8.2.3 碳基热电材料研究进展 282
8.3 维碳基热电材料研究 284
8.3.1 超小直径碳纳米管的热电性能 284
8.3.2 一系列锯齿形和手性碳纳米管的热电性能 287
8.3.3 碳纳米线的热电性能 292
8.3.4 碳纳米网络结构的热电性能 296
8.4 二维碳基热电材料研究 301
8.4.1 石墨烯复合材料的热电性能 301
8.4.2 石墨烯、石墨炔的热电性能 302
8.5 本章小结 311
参考文献 311
第9章 碳基荧光材料 316
9.1 引言 316
9.2 碳基荧光材料的制备与主要特点 316
9.2.1 制备方法 317
9.2.2 主要特点 320
9.2.3 发光性能调控 324
9.2.4 发光机理 325
9.3 碳基荧光材料的应用 327
9.3.1 化学与生物传感 327
9.3.2 生物成像与医学诊疗 330
9.3.3 光电子器件 333
9.4 本章小结 335
参考文献 336
第10章 碳基膜分离材料的设计、制备和应用 345
10.1 引言 345
10.1.1 碾基膜材料简介 346
10.1.2 碳基膜材料的发展 347
10.2 碳膜的研究进展 347
10.2.1 碳膜简介 347
10.2.2 碳膜的发展 348
10.2.3 碳膜的制备 348
10.2.4 碳膜的表征 353
10.3 氧化石墨烯膜的研究进展 354
10.3.1 氧化石墨烯简介 354
10.3.2 氧化石墨烯的制备方法 355
10.3.3 氧化石墨烯制品结构及制备方法 356
10.3.4 氧化石墨烯膜的表征 363
10.3.5 金属有机框架与氧化石墨烯复合膜 364
10.3.6 聚合物与氧化石墨烯复合膜 366
10.4 碳基膜材料的应用 368
10.4.1 碳基膜材料在气体分离中的应用 368
10.4.2 碳基膜材料在海水淡化巾的应用 372
10.4.3 碳基膜材料在醇/水分离巾的应用 376
10.5 本章小结 377
参考文献 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术 384
11.2.2 刺激响应型高分子功能化的碳基材料 391
11.3 高分子功能化碳基复合材料的应用 393
11.3.1 高分子功能化碳基材料在聚合物加工中的应用 393
11.3.2 高分子功能化碳基材料在生物医用中的应用 396
11.3.3 高分子功能化碳基材料在传感检测中的应用 397
11.4 二维碳基薄膜材料 400
11.4.1 碳基薄膜材料的制备 400
11.4.2 碳基薄膜材料的应用 403
11.5 本章小结 407
参考文献 407
第12章 多尺度人造金刚石 420
12.1 引言 420
12.2 CVD单品金刚石的合成与工业化应用 421
12.2.1 化学气相沉积单晶金刚石的意义 421
12.2.2 大块单晶金刚石的批量制备及研究进展 425
12.2.3 单晶金刚石的工业化应用前景 428
12.3 超细纳米金刚石膜的制备与工业化应用 436
12.3.1 超细纳米金刚石生长机理 436
12.3.2 大面积UNCD的制备及研究进展 438
12.3.3 超细纳米晶金刚石的工业化应用前景 445
12.4 金刚石粉体表面功能处理及其工业化应用 448
12.4.1 高温高压合成金刚石的发展现状 448
12.4.2 金刚石粉体表面功能化研究进展 451
12.4.3 功能化金刚石粉体的工业化应用 458
12.5 本章小结 461
参考文献 461