●目 錄 譯者序 原書前言 第1章 石墨烯的基礎原理 1 1.1 引言 1 1.2 石墨烯的制備 3 1.2.1 機械剝離法 3 1.2.2 外延生長 3 1.2.3 CVD生長石墨烯 4 1.2.4 溶液法制備石墨烯 5 1.2.5 基於氧化石墨烯的復合材料 7 1.3 石墨烯的表征 12 1.3.1 AFM 12 1.3.2 SEM 14 1.3.3 TEM/SEAD/EELS 14 1.3.4 XPS 17 1.3.5 XRD 17 1.3.6 拉曼光譜 19 1.3.7 PL測試 20 1.4 石墨烯的光學性質改性 21 1.4.1 石墨烯（太赫茲，紫外-可見光- 近紅外光譜）的吸收性能改性 21 1.4.2 石墨烯PL性質的改性 25 1.5 石墨烯的光電應用 33 參考文獻 38 第2章 基於石墨烯的鋰離子 電池電極 42 2.1 引言 42 2.2 LIB的工作原理 42 2.3 基於石墨烯的LIB正極材料 44 2.4 基於石墨烯的LIB負極材料 46 2.4.1 基於石墨烯的LIB負極 46 2.4.2 石墨烯基復合材料LIB 負極 48 2.5 二維柔性和不含黏合劑的 石墨烯基電極 57 2.5.1 基於石墨烯基的柔性LIB 負極材料 58 2.5.2 基於石墨烯的柔性LIB 正極材料 63 2.6 三維宏觀石墨烯基電極 64 2.7 總結和展望 66 參考文獻 68 第3章 基於石墨烯的儲能裝置 74 3.1 引言 74 3.2 石墨烯用於鋰離子電池 74 3.2.1 負極材料 74 3.2.2 正極材料 88 3.3 石墨烯用於超級電容器 96 3.4 石墨烯用於鋰硫電池 99 3.5 石墨烯用於燃料電池 101 3.6 石墨烯用於太陽電池 102 3.7 總結 104 參考文獻 104 第4章 基於石墨烯納米復合材料的 超級電容器 108 4.1 引言 108 4.2 基於石墨烯的超級電容器 109 4.2.1 EDLC 109 4.2.2 石墨烯/金屬氧化物 納米復合材料 112 4.2.3 石墨烯/導電聚合物 復合材料 114 4.2.4 原子層沉積技術制備石墨烯/金屬 氧化物納米復合材料 119 4.3 問題和展望 119 參考文獻 121 第5章 基於新型石墨烯復合材料的 高性能超級電容器 127 5.1 引言 127 5.2 石墨烯的制備方法 129 5.2.1 “自上而下”的制備方法 130 5.2.2 “自下而上”的制備方法 131 5.3 基於石墨烯的超級電容器電極 132 5.3.1 石墨烯 132 5.3.2 石墨烯基復合材料 133 5.4 結論和展望 144 參考文獻 144 第6章 石墨烯應用於超級 電容器 149 6.1 引言 149 6.1.1 電化學電容器 150 6.1.2 石墨烯作為超級 電容器材料 152 6.2 用於石墨烯基電容器的 電極材料 153 6.2.1 基於雙層電容的石墨烯 電極材料 153 6.2.2 石墨烯/贗電容復合 電極材料 159 6.3 基於石墨烯的不對稱超級 電容器 167 6.3.1 基於石墨烯和贗電容材料的 非對稱電容器 168 6.3.2 石墨烯基鋰離子電容器 172 6.4 石墨烯基微型超級電容器 174 6.5 總結和展望 177 致謝 178 參考文獻 178 第7章 基於石墨烯的太陽能驅動 水分解裝置 187 7.1 引言 187 7.2 太陽能驅動水分解裝置的 基本結構 188 7.3 石墨烯在太陽能驅動水分 解裝置中的前景 188 7.4 基於石墨烯的集成光電 化學電池 190 7.5 基於石墨烯的混合膠體 光催化體繫 197 7.6 基於石墨烯的光伏/電解器件 206 7.7 結論和觀點 210 參考文獻 210 第8章 石墨烯衍生物在光催化 中的應用 218 8.1 引言 218 8.2 氧化石墨烯和還原氧化石墨烯 219 8.2.1 制備 219 8.2.2 性能 220 8.3 石墨烯基半導體光催化劑的 合成 222 8.3.1 混合法 223 8.3.2 溶膠-凝膠工藝 223 8.3.3 水熱和溶劑熱法 224 8.4 光催化應用 225 8.4.1 有機污染物的光降解 225 8.4.2 光催化分解H 2 O 229 8.4.3 光催化還原CO 2 231 8.4.4 其他應用:染料敏化太陽 電池 232 8.5 結論和展望 233 致謝 234 參考文獻 234 第9章 石墨烯基光催化劑在能源領 域的應用:進展和未來 前景 243 9.1 引言 243 9.1.1 石墨烯基光催化劑的合成 244 9.1.2 異位雜化策略 244 9.1.3 原位生長策略 245 9.2 能源應用 248 9.2.1 光催化氫氣的釋放 248 9.2.2 光催化還原二氧化碳 250 9.2.3 環境修復 251 9.3 結論和展望 252參考文獻 252 第10章 石墨烯基儲氫裝置 259 10.1 引言 259 10.2 分子氫的存儲 260 10.2.1 石墨烯基金屬/金屬氧化物 263 10.2.2 摻雜石墨烯 263 10.3 基於氫溢流的原子氫存儲 264 參考文獻 266 第11章 可控尺寸和形狀石墨烯支撐的 金屬納米結構用於燃料 電池的優選電催化劑 269 11.1 引言 269 11.2 燃料電池 270 11.2.1 PEMFC的配置和設計 270 11.2.2 DMFC 271 11.2.3 DFAFC 273 11.2.4 DAFC和生物燃料電池 274 11.3 石墨烯基金屬納米結構作為燃料 電池的電催化劑 274 11.3.1 石墨烯支撐的金屬 納米團簇 275 11.3.2 石墨烯支撐的單金屬和合金 金屬納米顆粒 277 11.3.3 石墨烯支撐的核-殼納米 結構 280 11.3.4 石墨烯支撐的中空 納米結構 282 11.3.5 石墨烯支撐的立方納米 結構 283 11.3.6 石墨烯支撐的納米線和 納米棒 286 11.3.7 石墨烯支撐的花狀 納米結構 287 11.3.8 石墨烯支撐的納米枝晶 289 11.3.9 其他石墨烯支撐的二維或 三維納米結構 289 11.4 結論 291 致謝 291 參考文獻 292 第12章 石墨烯微生物 燃料電池 296 12.1 引言 296 12.2 MFC 297 12.2.1 MFC的工作原理 297 12.2.2 MFC的優勢 297 12.2.3 MFC的分類 298 12.3 MFC的發展歷史 300 12.4 MFC的應用前景 300 12.4.1 微型電池嵌入身體 301 12.4.2 移動電源 301 12.4.3 光合作用產生電力 301 12.4.4 生物傳感器 301 12.4.5 偏遠地區或公海的 電力供應 301 12.4.6 有機廢水處理 301 12.5 MFC中存在的問題 302 12.6 基於石墨烯的MFC 302 12.6.1 陽極 302 12.6.2 膜 303 12.6.3 陰極 303 參考文獻 304 第13章 石墨烯基材料在改善微生物 燃料電池電極性能中的 應用 308 13.1 引言 308 13.2 MFC中陽極電極的 石墨烯材料 309 13.2.1 石墨烯納米片 309 13.2.2 三維石墨烯 311 13.2.3 GO 312 13.3 用於MFC中陰極電極的 石墨烯材料 313 13.3.1 裸石墨烯 314 13.3.2 用石墨烯作為摻雜劑的 聚合物塗層 314 13.3.3 用石墨烯作為支撐物的 金屬塗層 315 13.3.4 氮摻雜石墨烯 316 13.4 展望 317 參考文獻 318 第14章 石墨烯及其衍生物在 酶促生物燃料電池中的 應用 322 14.1 引言 322 14.2 無膜酶促生物燃料電池 323 14.3 改性生物陽極和生物陰極 325 14.3.1 電化學還原的GO和MWCNT/ ZnO 325 14.3.2 石墨烯/SWCNT 326 14.4 結論 327 致謝 327 參考文獻 327 第15章 石墨烯及其衍生物用於 高效有機光伏 329 15.1 引言 329 15.2 太陽電池中的各種應用 329 15.2.1 導電電極 329 15.2.2 活動層 336 15.2.3 電荷傳輸層 339 15.2.4 電子傳輸層 346 15.3 結論 350 致謝 350 參考文獻 350 第16章 石墨烯作為敏化劑 355 16.1 石墨烯作為敏化劑 355 16.2 石墨烯作為存儲集流體 357 16.2.1 陽極集流體 358 16.2.2 陰極集流體 359 16.3 石墨烯作為光電陽極添加劑 361 16.3.1 DSSC應用程序 361 16.3.2 OPV應用 362 16.3.3 鋰離子電池 363 16.3.4 傳感器應用 363 16.3.5 透明導電薄膜 364 16.3.6 光催化應用 365

Graphene-based Energy Devices ［韓］A.拉希德·本·莫赫德·尤索夫 （A.Rashid bin Mohd Yusoff） 主編 張強強 何平鴿 徐翔 王玉 譯機械工業出版社 本書繫統地介紹了石墨烯在能源器件領域的應用，有效地將學術研究與 工業生產聯繫起來。本書不僅綜述了石墨烯材料相關的主要合成技術、表征方法和物理化學性能，同時也繫統地討論了石墨烯在鋰離子電池、超級電容 器、儲氫等儲能領域的發展現狀。此外，本書還包含了傳統的產能器件、新 型的微生物和酶促燃料電池等石墨烯基能源器件，以及進一步綜述了石墨烯 光伏發電的原理及應用。全書不僅從實驗室尺度探討了器件架構，同時從工 業生產流程以及質量控制的層面深入闡釋了石墨烯基能源器件的發展進程。 本書內容全面繫統，機理解釋客觀合理，理論分析深入，是一本學習石墨烯 基功能材料在能源領域應用研等

[韓] A. 拉希德?本?莫赫德?尤索夫（A. Rashid bin Mohd Yusoff） 著 張強強 何平鴿 徐翔 王玉 譯

原書前言 石墨烯是納米級的神奇材料，是材料科學研究中最熱門的領域之一。由曼徹斯特大學的兩名俄羅斯科學家Andrei Geim和Kostya Novoselov於2004年發現，石墨烯革命性的物理特性為這兩位科學家贏得了2010年諾貝爾物理學獎。從那時起，大量的努力付諸於實現石墨烯作為能源材料的充分利用，並且當前在開發高效能量轉換和存儲裝置方面已經實現了巨大的進步。在這方面，本書旨在概述能量轉換和 存儲領域的近期新研究進展。來自各個領域的研究人員，包括物理學、化學、材料科學、生物學和工程學，根據他們在這些領域的研究專長，編寫了本書。本書分為兩個方面，即基礎知識和應用。在基礎章節（第1章）中，讀者將 了解石墨烯的基礎知識和重要性能，然後介紹其合成。在合成部分，討論了機械剝 離，該方法是從高度有序的熱解石墨中獲得石墨烯的最簡單方法之一。此外，該章還討論了外延生長、化學氣相沉積和溶液處理等