河南省内石墨烯技术的产业状况

河南省内石墨烯技术的产业状况，包括：研究单位（相关学校与科研机构），人员背景，技术进展情况，及应用领域研究单位：郑州大学；材料科学与工程学院橡塑模具国家工程研究中心人员背景：申长雨；刘春太；代坤；蓝艳；徐建伟；李勇技术进展情况：以热塑性聚氨酯(TPU)和聚丙烯(PP)为基体，石墨烯为导电填料，聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MA)为界面增容剂，制备了石墨烯TPU/PP/PP-g-MA导电复合材料。研究了螺杆转速对复合材料力学性能和电学性能的影响以及石墨烯在复合材料中的选择性分布状态。结果表明，随着螺杆转速从10r/min提高到50r/min，复合材料的拉伸强度提高了103.62%，断裂伸长率提高了161.47%，电导率提高了155.49%，体系中石墨烯选择性分布在TPU中，石墨烯/TPU在基体中则形成了共连续的导电网络。应用领域：导电塑料研究单位：郑州大学；材料科学与工程学院人员背景：许群；李利花；郑晓莉技术进展情况：石墨烯作为一种二维单原子层sp2杂化碳材料，具有优良的导电性、导热性和机械性能。但是由于其在一般溶剂中不稳定和难加工的缺点，使得石墨烯难以大规模制备宏观有序的自组装结构器件。氧化石墨烯作为一种功能化的石墨烯材料，在极性溶剂中的溶解性非常好。其中，液晶态氧化石墨烯作为一种有序结构的软物质，成为大规模生产石墨烯宏观有序材料的理想前驱体。纤维素纳米晶，来源广泛，具备明显优于各向同性高分子的高弹性模量与低热膨胀系数。因此，它成为兼具环境友好、高强度、机械性能良好的纳米复合材料的理想组分。此外，当纤维素纳米晶悬浮液的浓度超过临界值时，会自发相分离，自组装成胆甾型液晶结构。目前，关于液晶态氧化石墨烯和纤维素纳米晶共同构成规则排列的无机/有机纳米杂化材料的研究尚未见报道。利用超临界流体辅助的液相剥离法制备石墨烯，对其进行功能化，特别是芘基聚合物、芘基小分子衍生物在超临界二氧化碳辅助条件下剥离制备石墨烯及其功能化研究,并对所制备功能化石墨烯在聚合物基质增强和甲醇燃料电池中的应用进行可行性操作。应用领域：燃料电池研究单位：郑州大学；材料科学与工程学院人员背景：汤克勇；刘翠云；高喜平；王旭；李东；刘捷；张玉清技术进展情况：采用物理共混的方法将氧化石墨烯（GO）均匀分散在海藻酸钠（SA）溶液中，通过Ca+交联成功制备了SA及SA/GO凝胶球。微球在pH值=7.4的缓冲溶液中的溶胀比明显高于pH值=1.2的溶液，具有pH值敏感性;随GO含量增大，微球的溶胀比呈下降趋势，而吸附量明显增加，对亚甲基蓝(MB)的最大吸附量达153.8mg/g，去除率可达96.78%，对亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型。采用反复冷冻-解冻法制备了聚乙烯醇（PVA）/明胶/氧化石墨烯（GO）纳米复合水凝胶。GO在聚合物基体中分散均匀，能有效提高水凝胶的力学性能，加入0.7%GO，拉伸强度与压缩强度分别提高了近46%与22%，随GO用量增加，溶胀度呈先上升后下降的趋势，并且碱性条件时的溶胀度大于弱酸性时的溶胀度。说明GO与明胶、聚乙烯醇之间形成了较强的氢键相互作用。应用领域：环境研究单位：郑州大学；材料科学与工程学院人员背景：曹少魁；裴福云；徐慎刚；刘应良；张丽；吕晶；路瑞娟技术进展情况：以曙红、石墨氧化物与二氧化钛（P25）为原料、利用水热法制备曙红敏化的二氧化钛-石墨烯杂化材料。通过X射线光电子能谱考察了石墨氧化物（GO）以及染料敏化二氧化钛石墨烯杂化材料（T-G-EY）的C1s信号的变化，水热过程使石墨烯含氧官能团含量大幅度减少，透射电镜照片清晰地显示二氧化钛纳米颗粒均匀分散在石墨烯片层上，紫外-可见漫反射光谱（DRS）分析发现复合材料的带隙变窄，从P25的3.23eV降低到2.75eV，吸光范围明显向可见光区拓展，并存在曙红的特征吸收峰。从荧光光谱上明显看出复合材料发生了荧光猝灭现象，确认是石墨烯与二氧化钛之间及曙红与石墨烯之间存在一定的相互作用。T-G-EY在500W氙灯照射下光解水制氢气的效率比P25提高了10.2倍。应用领域：光催化研究单位：郑州大学；材料科学与工程学院人员背景：贾晓林；王宇；杨晓彤技术进展情况：利用改进的Hummers法制备氧化石墨，以其为前驱物，采用水热法制备石墨烯/Ni(OH)2、石墨烯/MnO2复合材料。所得复合材料与复合前单一材料相比，电化学性能有所提高。具体工作如下：（1）氧化石墨制备工艺的探索。以石墨粉为原料，在浓硫酸和高锰酸钾体系中制备氧化石墨，研究了低、中、高温不同的氧化时间对制备氧化石墨的影响，结果表明，高温氧化时间对氧化石墨的结构影响较大，并确定了制备氧化石墨的最佳条件为0℃2h，35℃0.5h，95℃15min。（2）水热法制备石墨烯/Ni(OH)2复合材料。研究了石墨烯与Ni(OH)2的比例及水合肼对石墨烯/Ni(OH)2复合材料电化学性能的影响，当氧化石墨/Ni(OH)2=1:1（质量比）时，所得产物电化学性能最好；适量水合肼有助于石墨烯/Ni(OH)2复合材料电化学性能的提高。在200mA/g电流密度下，石墨烯/Ni(OH)2复合材料的比电容为1200F/g，10A/g的电流密度下，能量密度为32Wh/Kg，功率密度为2723.5W/Kg；在5A/g的电流密度下，充放电1000次，比容量保持率为80.4%，循环稳定性良好。（3）水热法制备石墨烯/MnO2复合材料。探讨了MnO2的最佳制备条件，以及氧化石墨与MnO2的最佳比例。当KMnO4/Mn(CH3COO)2=5:1（摩尔比）时，得到高活性的纯相α-MnO2纳米颗粒；当氧化石墨/MnO2=1:10(质量比)时，复合材料电化学性能最好。在100mA/g电流密度下，石墨烯/MnO2复合材料的比电容为173.8F/g，500mA/g电流密度下，能量密度为12.3Wh/Kg，功率密度为250W/Kg。研究单位：郑州大学；物理工程学院人员背景：邓会；孙鹏展；张迎九；朱宏伟技术进展情况：石墨烯由于独特的单原子层二维结构和高比表面积等优异性能而被用作选择性分离膜和吸附剂，在水处理领域具有潜在的应用前景。石墨烯纳米多孔膜和层状堆叠的氧化石墨烯渗透膜对气体、水及离子的传质行为。纳米多孔膜因其制备技术和不成熟的打孔技术等原因而具有一定局限性，而层状渗透膜由于制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点，在水净化领域具有广阔的应用空间。石墨烯吸附材料对水中重金属离子、染料和有机污染物的吸附行为，分析了石墨烯材料表面官能团与污染物的相互作用机理。应用领域：环境领域研究单位：郑州大学；物理工程学院人员背景：秦志杰；李钊技术进展情况：基于BCS理论,在紧束缚近似下,利用Bogoliubov-deGennes(BdG)方程,通过自洽计算,研究了具有S波配对的超导石墨烯/石墨烯/超导石墨烯结中的近邻效应.针对在超导部分和正常导体部分的费米能级匹配和不匹配两种情况,讨论了化学势对体系的局域态密度以及配对振幅的影响.研究表明,GSNS结构的近邻效应依赖于超导部分和正常部分的化学势匹配情况应用领域：基础理论研究单位：郑州大学；物理工程学院人员背景：贾瑜；武明义；孙强；梁二军技术进展情况：二维材料由于存在“膜效应”，即在垂直于薄膜方向的热涨落，使得沿着二维薄膜面内方向出现反常的负热膨胀现象。这种热效应对薄膜的稳定性及电子性质可产生重要影响。基于第一性原理计算和准谐近似，系统地研究了二维单层石墨烯、h-BN和石墨烯/h-BN异质结构的电子、声子以及热膨胀性质，计算了3种结构不同振动模式的格林奈森参数，讨论了引起这3种结构负热膨胀的振动模式。计算表明，由于垂直薄膜方向的热振动，石墨烯和h-BN在薄膜面内均具有较大的负热膨胀系数；它们形成的异质结构依靠弱的范德瓦尔斯相互作用结合在一起，这种层间弱相互作用对薄膜垂直方向的热振动产生影响，使得形成的异质结构的负膨胀系数介于石墨烯和h-BN之间。通过分析异质结构的振动模式，发现引起面内热收缩的ZA振动模式受到了层间范德瓦尔斯相互作用的影响，导致异质结构的负热膨胀系数大于石墨烯而小于h-BN。研究表明，可以在试验中通过范德瓦尔斯相互作用来改变层状结构材料的负热膨胀性质，从而提高薄膜材料结构和电子性质的热稳定性。应用领域：基础理论研究单位：郑州大学；化学与分子工程学院人员背景：冶保献；李坤静；李颖技术进展情况：通过循环伏安法详细研究了姜黄素在石墨烯修饰电极上的电化学行为，并给出其电极反应机理。另外，通过线性扫描伏安法得出姜黄素氧化峰(P1)电流与其浓度在5.0×10-8~3.0×10-6mol/L-1范围内呈良好的线性关系。根据本实验方法，也对中药姜黄中姜黄素的含量进行了分析测定。应用领域：电化学研究单位：郑州大学；化工与能源学院人员背景：张亚涛；朱军勇；王琼柯；许欣；刘绰绰；刘金盾技术进展情况：以氧化石墨烯（GO）为固定酶载体，在水溶液中通过静电吸附及氢键作用实现溶菌酶（Ly）的固定化得到GO-Ly。并将已固定化酶的GO为添加剂，以聚醚砜为膜材料，采用相转化法制备杂化超滤膜。考察了添加剂含量对膜形态、亲水性、分离性能、力学性能及抗菌性能的影响。结果表明，GO-Ly的加入使杂化膜的亲水性及纯水通量得到明显提高，同时拉伸强度也得到一定改善；尤其当GO-Ly添加量为1.5%（质量分数）时，膜的纯水通量达到318L/(m2/h)，并且对聚乙烯醇（PVA30000~70000）的截留率维持在99%以上，对大肠杆菌的抑菌率可达68%。以壳聚糖荷正电改性的氧化石墨烯为无机添加剂，以聚醚砜为膜材料，聚乙烯吡咯烷酮为致孔剂，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，采用相转化法制备了有机无机杂化纳滤膜，考察了不同改性氧化石墨烯添加量对膜分离性能的影响。研究结果表明，随着改性氧化石墨烯含量的增加，荷正电纳滤膜的断面形态结构并未发生明显改变，但杂化膜的纯水通量、分离选择性明显增加。应用领域：抗菌性能研究单位：郑州大学；化学与分子工程学院人员背景：徐茂田；朱旭；吴淑芳；李春兰技术进展情况：利用电解剥离法制得石墨烯/DNA复合材料，通过化学还原法将纳米金颗粒固定在石墨烯/DNA/纳米金复合材料表面制得石墨烯/DNA/纳米金（Gr/DNA/GNPs）复合材料，最终构建了一种基于Gr/DNA/GNPs修饰电极的无酶葡萄糖生物传感器。通过循环伏安法考察了不同修饰电极在碱性葡萄糖溶液中的电化学行为，并探讨了溶液中OH-离子强度、扫描电位范围及Gr/DNA/GNPs修饰量对传感器响应特性的影响。在优化实验条件下，采用循环伏安法检测葡萄糖的线性范围为5.0×10-8~3.0×10-6mol/L，检出限为1.2×10-5mol/L（S/N=3）对2.0×10-3mol/L的葡萄糖平行测定5次，其相对标准偏差为3.2%。实验结果表明该传感器具有较高的灵敏度、较好的重现性、稳定性及抗干扰能力。本方法可成功用于人血清样品中葡萄糖含量的测定，回收率为97.4%~102.8%。应用领域：研究单位：河南大学；化学化工学院人员背景：李德亮；徐林芳；卢明华技术进展情况：石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后发现的又一种新型碳同素异形体。独特的二维结构%良好的化学稳定性，优良的导电、导热、光学及机械性能，使其迅速成为物理、化学、材料、传感和生物医药等领域的研究热点。由于超大的比表面积（理论上可达2630m2/g）石墨和碳纳米管分别是10和1315m2/g）、完美的杂化结构以及大的π-π共轭体系，石墨烯基纳米材料在样品前处理及样品预富集领域也备受关注。应用领域：研究单位：河南大学；化学化工学院，阻燃与功能材料河南省工程实验室人员背景：张文凯；李杰；孟献瑞；翟翠萍；刘迎秋；马宁；于锦华技术进展情况：以氢氧化钠\尿素为溶剂溶解微晶纤维素，在溶解过程中原位引入高量子产率的蓝光石墨烯量子点(GQDs)，制备了GQDs/纤维素发光水凝胶。发现交联剂的用量增加，复合水凝胶的力学强度增大，透光率减小，溶胀率减小，GQDs释放速率减小，但是光谱仍保持稳定。Fe3+对GQDs/纤维素水凝胶具有荧光猝灭特性。应用领域：