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最近有文献报道总结了石墨烯在纳米复合材料对能量储存和转换领域中的应用的研究进展^751!文`论^文'网www.751com.cn，例如在离子传感器和超级电容器方面的应用，在这些文献中以石墨烯为基础的纳米复合材料作为一种新型催化材料非常有前途，具有优异的性能[6,7]。
碳纳米结构（包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）在电化学检测方面已经拥有大量的应用，自发现碳纳米管和石墨烯以来，碳基复合材料就被开发以寻求理想的纳米结构和拥有出色材料性质的石墨碳。碳基复合材料结构和其他组分的协同作用可以赋予材料新的特性使得材料针对不同需求具有不同的潜在的应用，这些组分包括金属-金属氧化物纳米粒子、聚合物以及生物分子等[6]。与此同时，碳复合材料的构建通常需要对碳材料表面进行有效的功能化使得其与其他组分的作用更加强烈。当前，在对碳材料的氧化过程中一些含氧基团（如羧基、羰基、羟基）被随机的加入，这些基团被广泛用来提高表面能以及提供活性位点。不幸的是，这些含氧基团严重的破坏了材料的电性能、热稳定和机械性能以及碳纳米管和石墨烯的载流子迁移率。含氧基团的引入不可避免的伴随着缺陷的产生，因此降低了材料的结晶度和电导率。此外呈电负性的含氧基团会束缚载流子也是使得材料电导率降低的一个重要原因。
众所周知，具有单层结构的二维纳米材料石墨烯已经被广泛应用来作为金属氧化物纳米粒子固载的基底，因为其具有独特的物理化学特性。赤铁矿（Fe2O3），作为一种具有较窄的带隙（Eg=2.2eV）的n型金属氧化物半导体材料，由于其成本低、无毒性，易于生产和储存而受到了极大的关注。由于在催化剂、燃料、磁性材料、气体传感器、生物传感器和锂离子电池中的广泛应用而被深度开发研究。而具有催化活性的纳米粒子的负载虽然表现出了良好的电化学性能，但由于其结构上的特点纳米粒子的表层固载，
在这，我们专注于以石墨烯为基底的一系列纳米复合材料的制备，特别是金属氧化物与石墨烯二元体系以及外部包和聚苯胺的三元体系的制备与研究。研究包括它们结构的优点特征，连接组件之间的相互作用和其作为电极催化剂的电化学性能。石墨烯基的进一步认识和发展混合材料可以帮助解决新的电化学能源设备的需求和挑战对于石墨烯基电催化剂的广泛使用。
1.2 石墨烯
1.2.1 石墨烯的发现
石墨烯（Graphene）是只有一层原子厚度的由碳原子构成的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖[8]。
1.2.2 石墨烯的结构特点
石墨烯拥有非常完美的六边形二维晶体结构，正六边形的六个碳原子构成了它的晶格，是只有一个原子层厚度的新型材料（图1-1，1-2）。碳原子之间由σ键连接起来，结合的方式是sp2杂化，这些σ键的存在使得石墨烯拥有了独特的性能—非常出色的力学性质和结构稳定性，并且使石墨烯具有优异的柔度和韧性[9]，当受到来自外部的机械作用力时碳原子会以发生弹性形变的方式以适应外力，因而能够保持结构的稳定性。石墨烯本质上是惰性的，但在化学修饰或掺杂后开始具有电催化作用。因为石墨烯的组成和晶格结构在掺杂过程中发生了改变[10]。由于其特别的电子结构，它的每一个碳原子都能够提供出一个自由电子，这些电子可以自由迁移并且在迁移的过程中受到的阻力非常小，因此能够高效地进行，使石墨烯的导电性能提升较大。而传统的导体和半导体，比如Si和Cu等，相比于石墨烯相形见绌[11]。因为原子和电子的互相碰撞，传统的导体和半导体在使用中会发热从而释放而浪费掉不少的能量，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这是一个非常优异的性能，在材料的使用中能发挥出巨大的作用，不仅在能源与经济的节约上，同时也能够提升材料的整体性能，达到更好的运作[12]。由于石墨烯单原子层结构，所以其比表面积非常大，其理论比表面积高达2600 m2·g-1，石墨烯还具有独特的载流子迁移和运输特性、量子霍尔效应、量子隧穿效应、从不消失的电导率[13]。