石墨烯化学改性及其应用研究
石墨烯是一种由碳原子构成的平面六角形结构的材料，它具有很高的机械强度、热导率和导电率，被认为是一种前景广阔的新型材料。

然而，石墨烯的应用受到其在化学稳定性和生物相容性方面的限制。

为了解决这些问题，石墨烯化学改性被广泛研究。

一、石墨烯化学改性方法
石墨烯的化学稳定性可以通过在其表面引入化学官能团来增强。

通常使用的方
法有氧化、烷基化和芳基化等。

1. 氧化改性：氧化是最常用的化学改性方法之一，可以通过暴露石墨烯在有机
溶剂和强氧化剂下，例如硝酸和过氧化氢，来引入氧化官能团。

氧化石墨烯（GO）的羟基、羧基和酮基等官能团可以提高其在水中的分散性，并可用于制备复合材料和高性能纳米电子器件。

2. 烷基化改性：烷基化是通过与自由基或亲电试剂反应来在石墨烯表面引入烷
基官能团。

例如，用溴代烷或卤代乙酸盐可以在石墨烯表面引入烷基官能团，增加了其与有机分子的相容性。

3. 芳基化改性：芳基化包括用芳香族化合物进行反应或热解。

通过用过渡金属
催化剂催化石墨烯和芳香族化合物的反应，可以在石墨烯表面引入芳基官能团，增加其化学反应性和电学性质。

二、石墨烯化学改性应用的研究进展
通过石墨烯化学改性，可以实现对其物理和化学性质的精确调控，从而扩大其
应用范围。

1. 生物医学应用研究
石墨烯化学改性后的材料具有更好的生物相容性和生物可降解性。

例如，氧化
石墨烯经过PEG化改性后可以在体内通过肝脏进行有效降解。

将石墨烯氧化物与
生物大分子（如DNA、蛋白质）进行配合，可以用于有效地传递DNA和制备纳
米载药系统，具有很好的药物控释效果。

2. 电子和储能应用研究
石墨烯经过化学改性后可以用于制备新型的电子和储能器件。

例如，将石墨烯
氧化物与其他功能性纳米材料（如金属纳米粒子和碳纳米管）进行配合，制备出复合材料，可用于电池、超级电容器和光电催化剂等领域。

同时，将石墨烯表面修饰具有机功能分子可以增强其在电路中的性能和稳定性。

3. 其他应用研究
石墨烯经过化学改性之后，还可以用于各种领域。

例如，利用石墨烯氧化物在
表面引入官能团，可以增强其在水中的分散性，制备出高性能的水净化和分离介质。

石墨烯通过与绿色荧光蛋白等蛋白质配合，可用于制备成像探针。

此外，由于化学改性后的石墨烯具有局部改变的水接触角等性质，还可以用于润滑剂和涂层等方面。

三、石墨烯化学改性存在的挑战和前景展望
尽管石墨烯化学改性使其应用变得更加广泛，但对于化学改性方法仍存在若干
技术挑战，如改性程度的控制、官能团的稳定性、分子结构复杂性等问题。

因此，今后的研究应该注重解决以上问题，同时寻求更多适用于不同应用领域的化学改性方法。

展望未来，石墨烯化学改性将不断向多功能、多领域的方向发展，成为更加智
能化、精细化的材料。

石墨烯注定是一个正在快速发展的领域，它的发展前景将不断扩大和深入。