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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 AFM12

1.3.2 SEM14

1.3.3 TEM/SEAD/EELS14

1.3.4 XPS17

1.3.5 XRD17

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 EDLC109

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H2O229

8.4.3光催化还原CO2231

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 DMFC271

11.2.3 DFAFC273

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 MFC297

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MFC302

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 GO312

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/ZnO325

14.3.2石墨烯/SWCNT326

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