2024年4月4日发(作者：仲孙韦)
石墨烯/氧化铈纳米复合材料的制备及表征
在本篇论文中，通过改进的Hummer法制备出氧化石墨烯(GO)。然后通过水
热法把氧化石墨烯和六水硝酸铈(CeO
2
•6H
2
O)进行复合，得到石墨烯/氧化铈的纳
米复合材料。并通过XRD、场发射扫描电镜（SEM）、拉曼光谱、X射线光电能谱
（XPS）以及红外光谱（IR）研究了GO-CeO
2
纳米复合材料的结构，形态。
总体而言，这篇论文提供了一种简单，没有催化剂的水热法合成石墨烯/氧
化铈复合材料，为合成其他的石墨烯复合材料提供了新的视角。这些基于石墨烯
的复合材料展现出来了很多潜在应用价值。考虑到其小尺寸和很好的分散性，可
以进一步应用于太阳能电池，燃料电池以及遥感等。
伴随着经济的快速发展，环境问题越来越成为困扰人们生活的重要问题，尤
其是有机污染越来越威胁人们的身体健康，而正是环境的恶化促进了人们对于处
理环境污染的研究，加大了人们对新型材料尤其是复合材料的研究。
纳米科技是在20世纪80年代末90年代初才逐渐发展起来的前沿、交叉性
新兴学科领域，它在创造新的生产工艺、新的产品等方面有巨大潜能。从材料的
结构单元层次来说，纳米材料一般是由1～100 nm间的粒子组成，它介于宏观物
质和微观原子、分子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。纳米材料因其独
特的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等而表现出有异于常规材料的特殊性
能，因而在各个领域得到广泛的应用
[1、2]
。Ueda 等人较早从利用太阳能的观点出
发，对纳米材料的微多相光催化反应进行了系统的研究。这些反应主要集中在光
解水
[3]
、CO
2
和N
2
固化
[4]
、光催化降解污染物
[5～7]
及光催化有机合成
[8]
等方面。TiO
2
光催化剂作为众多性能最好、最具有应用前景的光催化材料之一
[9]
，它具有催
化活性高、稳定性好、价格低廉、对环境无污染、对人体无毒害等优点而受到大
家的青睐。但是二氧化钛因为自身的局限性
[10]
：在光催化领域仍然面临着量子产
率低、光生电子-空穴对易发生简单复合且禁带宽度约为3.2 eV，需在（近）紫
外光下才能激发等不足，限制了其在光催化降解污染物方面的应用
[11～13]
。
除了被广泛研究应用的TiO
2
[14-16]
外，具有较低禁带宽度的CeO
2
也是一种理想
的光催化剂。氧化铈是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物催化剂，具有较
为独特的晶体结构，较高的储氧能力（OSC）和释放氧的能力、较强的氧化-还原
性能（Ce
3+
/Ce
4+
）,因而受到了人们极大关注。
二氧化铈晶体结构在室温到熔点的温度范围内属于立方晶系中的萤石结构。
Ce
4+
位于Ce0
2
晶体的面心立方处，O
2一
则位于四面体位置，八个阴离子(O
2-
)包围一
1
个金属阳离子((Ce
4+
)，而每个0
2-
则被四个金属阳离子(Ce
4+
)配位，如图1所示。
而且亚稳
Ce0
2-x
、不
氧的缺失
萤石型晶
构，之所
化铈的储
释放氧的
越是由于
氧化物
会因为
而改变
体结
以说氧
存氧和
功能优
长期处
于氧化环境时又易被氧化为Ce0
2
，这使得氧化铈的氧化还原反应能力比较强。氧
化饰也具有良好的光学性能，较高的热稳定性和电导率及扩散性能。二氧化铈的
带隙宽度在2.9 eV-3.2 eV之间，是一种N型半导体材料。图1展示了氧化铈的
晶体结构示意图。左边为完整的二氧化铈结构示意图，右边则为产生氧空位的氧
化铈结构示意图。
图1 二氧化铈晶体结构示意图
[17]
氧化铈由于具有稳定性好、成本低以及无毒等优点被广泛应用，一些研究成
果已经应用于工业催化领域。如汽车尾气催化氧化中的应用
[18、19]
,用作燃料电池
[20]
、磨料、抛光粉、紫外吸收材料、气体传感器、催化剂等
[21-23]
。
自2004年英国曼彻斯特大学的科学家Geim和Novoselov采用机械切割的方
法从石墨中分离得到石墨炼以来
[24]
,石墨烯就因其独特的物理化学特性引起了人
们的广泛关注。石墨烯是由sp
2
杂化连接的碳原子以单原子层形式构成的新型二
维原子晶体,其基本结构单元为稳定的苯六元环
[25]
。石墨稀的迷人之处不仅在于
它具有神奇的二维结构,还在于它所具有的独特优良的物理化学性质。石墨 具有
大的表面积,文献中报道的理论值为2630 m
2
/g
[26]
。石墨稀具有良好的力学性能,
2
2024年4月4日发(作者：仲孙韦)
石墨烯/氧化铈纳米复合材料的制备及表征
在本篇论文中，通过改进的Hummer法制备出氧化石墨烯(GO)。然后通过水
热法把氧化石墨烯和六水硝酸铈(CeO
2
•6H
2
O)进行复合，得到石墨烯/氧化铈的纳
米复合材料。并通过XRD、场发射扫描电镜（SEM）、拉曼光谱、X射线光电能谱
（XPS）以及红外光谱（IR）研究了GO-CeO
2
纳米复合材料的结构，形态。
总体而言，这篇论文提供了一种简单，没有催化剂的水热法合成石墨烯/氧
化铈复合材料，为合成其他的石墨烯复合材料提供了新的视角。这些基于石墨烯
的复合材料展现出来了很多潜在应用价值。考虑到其小尺寸和很好的分散性，可
以进一步应用于太阳能电池，燃料电池以及遥感等。
伴随着经济的快速发展，环境问题越来越成为困扰人们生活的重要问题，尤
其是有机污染越来越威胁人们的身体健康，而正是环境的恶化促进了人们对于处
理环境污染的研究，加大了人们对新型材料尤其是复合材料的研究。
纳米科技是在20世纪80年代末90年代初才逐渐发展起来的前沿、交叉性
新兴学科领域，它在创造新的生产工艺、新的产品等方面有巨大潜能。从材料的
结构单元层次来说，纳米材料一般是由1～100 nm间的粒子组成，它介于宏观物
质和微观原子、分子交界的过渡区域，是一种典型的介观系统。纳米材料因其独
特的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等而表现出有异于常规材料的特殊性
能，因而在各个领域得到广泛的应用
[1、2]
。Ueda 等人较早从利用太阳能的观点出
发，对纳米材料的微多相光催化反应进行了系统的研究。这些反应主要集中在光
解水
[3]
、CO
2
和N
2
固化
[4]
、光催化降解污染物
[5～7]
及光催化有机合成
[8]
等方面。TiO
2
光催化剂作为众多性能最好、最具有应用前景的光催化材料之一
[9]
，它具有催
化活性高、稳定性好、价格低廉、对环境无污染、对人体无毒害等优点而受到大
家的青睐。但是二氧化钛因为自身的局限性
[10]
：在光催化领域仍然面临着量子产
率低、光生电子-空穴对易发生简单复合且禁带宽度约为3.2 eV，需在（近）紫
外光下才能激发等不足，限制了其在光催化降解污染物方面的应用
[11～13]
。
除了被广泛研究应用的TiO
2
[14-16]
外，具有较低禁带宽度的CeO
2
也是一种理想
的光催化剂。氧化铈是稀土氧化物系列中活性最高的一个氧化物催化剂，具有较
为独特的晶体结构，较高的储氧能力（OSC）和释放氧的能力、较强的氧化-还原
性能（Ce
3+
/Ce
4+
）,因而受到了人们极大关注。
二氧化铈晶体结构在室温到熔点的温度范围内属于立方晶系中的萤石结构。
Ce
4+
位于Ce0
2
晶体的面心立方处，O
2一
则位于四面体位置，八个阴离子(O
2-
)包围一
1
个金属阳离子((Ce
4+
)，而每个0
2-
则被四个金属阳离子(Ce
4+
)配位，如图1所示。
而且亚稳
Ce0
2-x
、不
氧的缺失
萤石型晶
构，之所
化铈的储
释放氧的
越是由于
氧化物
会因为
而改变
体结
以说氧
存氧和
功能优
长期处
于氧化环境时又易被氧化为Ce0
2
，这使得氧化铈的氧化还原反应能力比较强。氧
化饰也具有良好的光学性能，较高的热稳定性和电导率及扩散性能。二氧化铈的
带隙宽度在2.9 eV-3.2 eV之间，是一种N型半导体材料。图1展示了氧化铈的
晶体结构示意图。左边为完整的二氧化铈结构示意图，右边则为产生氧空位的氧
化铈结构示意图。
图1 二氧化铈晶体结构示意图
[17]
氧化铈由于具有稳定性好、成本低以及无毒等优点被广泛应用，一些研究成
果已经应用于工业催化领域。如汽车尾气催化氧化中的应用
[18、19]
,用作燃料电池
[20]
、磨料、抛光粉、紫外吸收材料、气体传感器、催化剂等
[21-23]
。
自2004年英国曼彻斯特大学的科学家Geim和Novoselov采用机械切割的方
法从石墨中分离得到石墨炼以来
[24]
,石墨烯就因其独特的物理化学特性引起了人
们的广泛关注。石墨烯是由sp
2
杂化连接的碳原子以单原子层形式构成的新型二
维原子晶体,其基本结构单元为稳定的苯六元环
[25]
。石墨稀的迷人之处不仅在于
它具有神奇的二维结构,还在于它所具有的独特优良的物理化学性质。石墨 具有
大的表面积,文献中报道的理论值为2630 m
2
/g
[26]
。石墨稀具有良好的力学性能,
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