科研进展

氧化石墨烯(GO)作为一种极具吸引力的2D碳纳米材料，已被广泛用作纳米构建模块以制备具有层状结构的先进纳滤膜。相邻GO纳米片之间的2D亚纳米通道可以充当分子筛，允许比通道小的分子穿透，同时阻止所有较大的溶质。因此，GO基膜被认为在水净化、分子分离和脱盐方面非常有前景。然而，GO纳米片在水中的静电斥力使得GO基膜不稳定，从而严重阻碍其在实际水处理过程中的应用。

有鉴于此，研究人员设计了一种镍基电催化剂，其外壳由氮掺杂碳制成。此外镍电极上的石墨烯涂层，能够防止氧化镍的形成，从而极大地延长氢燃料电池的使用寿命，且这些电极对一氧化碳的耐受性也更强（铂金材料很容易因为吸附一氧化碳而被迅速毒化）。

本文从自供能器件的基本能量转化原理出发，介绍了石墨烯在电化学、光伏、摩擦电、水伏以及热电、压电、热释电等多种供能类型的自供能传感器件中的应用，并展望了基于石墨烯的自供能传感器件的未来发展、挑战和前景。

研究发现，悬空石墨烯提供了纯净的等离激元环境，其品质因子高达33，对应的传输距离超过3 μm。这是室温下目前报道的石墨烯等离激元具有的最高传输性能记录，对比同等条件下氧化硅基底上的石墨烯等离激元性能提升一个数量级以上。此外，该工作发现悬空高度可作为新型等离激元原位调制手段，可显著调节等离激元波长、传输距离和群/相速度等性能。科研团队利用这种调控优势，开发出一种新型等离激元开关器件，其电磁能流开关比高达14。得益于石墨烯的电学可调性质，这种新型等离激元开关可以通过栅极电压调控。悬空石墨烯等离激元兼具长传输距离、高可调谐性和可控的能量传输的优异性能，这为其将来在信息光子器件中的诸多应用奠定了良好的基础。

拉曼光谱和XRD的结果表明，与纯的GPs相比，在较低热处理温度下，催化剂的加入有助于GPs结构缺陷的修复，提高其石墨化程度。催化动力学研究表明，硼的加入能显著降低石墨化反应的活化能，加快石墨化过程。在2000℃下热处理，加入硼催化剂的GPs电导率约为3400 S·cm-1，比纯GPs高47%,石墨化度提高了80%。硼催化石墨化是降低GO石墨化温度、大幅降低GPs生产成本的有效方法，获得的GPs可广泛应用于柔性器件、电磁屏蔽等领域。

美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）卢云峰教授，沈力博士报道了通过喷雾干燥与化学气相沉积（CVD）原位合成了一种具有优秀机械弹性的三维石墨烯-碳纳米管-硅复合材料（G-Si-CNTs）, 同时实现了硅碳负极优秀的循环稳定性（700圈2A g-1 容量保持率90%; 0.014% 容量损失每圈）与机械性能（在100 MPa的压力下结构保持稳定），为设计与工业辊压工艺兼容的硅碳负极材料提供了新的思路。

石墨中引入缺陷或增加层间距可以在一定程度上提高钾离子的扩散系数，但无论哪一种方式都会提升石墨负极的放电电位，牺牲了电池的能量密度。针对上述问题，本文以少层石墨为钾离子电池负极材料，通过表面修饰提高少层石墨表面捕获钾离子的能力，增加插层反应时表面与内部的浓度梯度，驱动钾离子快速嵌入，加快电化学反应动力学过程。