自從英國物理學家蓋姆和諾沃肖洛夫在2004年成功分離得到石墨烯且于2010年獲得諾貝爾物理學獎以來，邁進門請石墨烯因其優異的石墨光學性質、超高的從篇材料熱導率和電導率、超強的綜述機械性能等特性，在材料科學、開始能源科學和生物醫學科學等方面具有廣闊的邁進門請應用前景，被認為是石墨一種未來革命性的材料，目前成為環境、從篇材料能源、綜述醫學和物理化學等領域的開始研究熱點。本文選取十篇文獻從機械剝離法大規模制備石墨烯、邁進門請石墨烯的石墨功能化、石墨烯在環境和能源領域的從篇材料應用、石墨烯/聚合物的綜述制備和應用、石墨烯智能材料、開始石墨烯材料的生物醫學應用及生物相互作用六個方面進行綜述，帶領讀者走進石墨烯及石墨烯復合材料世界！
一. 機械剝離法大規模制備石墨烯
機械剝離法制備石墨烯的兩種路徑
大規模生產高質量的石墨烯是實現石墨烯商業化應用的先決條件，“自上而下”的機械剝離法因經濟成本低，而成為批量生產高質量石墨烯的目標方法之一。Yi Min和Shen Zhigang詳細綜述了大規模制備石墨烯的剝離技術，包括微機械剝離法、超聲剝離法、球磨法（干法球磨、濕法球磨）、流體動力學剝離法、爆轟剝離法和超臨界流體剝離法，為大規模制備石墨烯提供了理論依據[1]。
二. 石墨烯的功能化
共價功能化的石墨烯作為反應活性中間體
共價功能化可以增強石墨烯的功能屬性，包括打開禁帶寬度、調節電導率、改善溶解性和穩定性，Park Jaehyeung和Yan Mingdi綜述了通過自由基加成反應、C-H插入反應和環加成反應實現石墨烯的共價修飾，改性材料包括自由基類（重氮鹽、過氧化苯甲酰、苯乙烯）、氮烯類、碳烯類和芳炔環加成類，從而改善了石墨烯的可加工性能[2]。Kuila Tapas等人對石墨烯的共價修飾和非共價修飾化等功能化進行了詳細的分類，包括親核取代反應（氧化石墨烯的環氧基團和改性劑的氨基反應）、親電取代反應（親電子試劑取代石墨烯的氫原子）、縮合反應和加成反應等共價功能化，以及疏水作用、范德華力、靜電作用、物理吸附和π-π相互作用等非共價功能化，進而對石墨烯和功能化的石墨烯在納米電子、生物傳感器、藥物傳遞、超級電容器、燃料電池、氫氣存儲、晶體管和聚合物納米復合材料等領域的應用進行闡述[3]。
三. 石墨烯在環境和能源領域的應用
碳納米材料家族的主要成員及其對應的碳雜化態
碳納米材料的獨特性和可調性，為識別和應對環境挑戰提供了可能性。Mauter Meagan和Elimelech Menachem重點評估了碳納米材料在環境領域的應用，包括吸附劑、高通量膜、深度過濾器、抗菌劑、環境傳感器、可再生能源技術和污染防治策略[4]。Perreault Fran?ois等人詳細綜述了石墨烯在環境領域的應用，包括吸附去除污染物（金屬離子、有機污染物、廢氣），光催化降去除中污染物（降解有機污染物、重金屬還原、給水消毒）、膜過濾和海水淡化、抗菌應用和環境傳感器（氣體傳感器、化學傳感器、生物傳感器）[5]。石墨烯的出現，為全球環境挑戰性的問題解決提供了新的機遇。除了環境領域外，石墨烯材料在能源方面依然具有廣闊的應用前景。Chabot Victor等人綜述了石墨烯在能源儲存和轉化方面的應用，包括燃料電池、染料敏化太陽能電池、鋰離子電池和鋰空氣電池[6]。
四. 石墨烯/聚合物的制備和應用
石墨烯、石墨、碳納米管和富勒烯的結構
聚合物因其優良的可加工性能，在汽車、航空航天、建筑和電子行業等領域具有廣泛的應用，但存在導電、導熱和機械性能差等缺點，石墨烯具有超高的熱導率和電導率、超強的機械性能，因而通過石墨烯填料和聚合物基底制備石墨烯/聚合物復合材料，是改善聚合物性能的最佳路徑。Kuila Tapas等人綜述了石墨烯/聚合物復合材料的制備方法，包括原位聚合法、超聲插層法和熔融共混法；同時介紹了一些典型的石墨烯/聚合物復合材料，具體包括石墨烯/環氧樹脂、石墨烯/聚苯乙烯、石墨烯/聚苯胺、石墨烯/聚乙烯醇、石墨烯/聚氨酯和石墨烯/聚碳酸酯等[7]。
五. 石墨烯智能材料
化學響應的石墨烯智能材料
石墨烯因其較大的比表面積和優良的力學、電學、光學、熱學性能，在環境響應智能材料的應用方面備受關注。Yu Xiaowen等人對石墨烯智能材料進行了綜述，包括化學刺激響應材料（氣體分子、生物分子、離子）、電刺激響應材料（電化學刺激、電刺激、電流變）、機械刺激響應材料、熱刺激響應材料、光刺激響應材料和磁刺激響應材料[8]。
六. 石墨烯材料的生物醫學應用及生物相互作用
石墨烯材料用于癌癥的光熱治療
由于納米尺度石墨烯和氧化石墨烯存在帶隙和邊緣缺陷，其帶來的光致發光性能，具有優異的光學穩定性，因而石墨烯可以用作生物成像的染料分子；同時石墨烯能在激光照射下產生強熱，可以用作癌癥治療的光熱劑。Li Jingliang等人對石墨烯材料的生物成像和光熱治療進行了綜述，作者首先闡明了石墨烯的光致發光機理和影響因素（石墨烯的化學結構、pH、溫度、激發波長），然后分析了基于光致發光的細胞成像應用（單光子激發成像、雙光子激發成像），最后總結了石墨烯材料用于癌癥的光熱治療應用（單光子吸收治療、雙光子吸收治療、化學治療和光熱治療的協同作用）[9]。Sanchez Vanesa等人詳細綜述了石墨烯材料的生物相互作用，包括石墨烯與生物相互作用相關的材料性質（比表面積、層數、片層尺寸、表面化學、純度）、生物分子相互作用分類（小分子和離子、核酸、脂質和蛋白質、氧化反應、生物降解）、人體暴露的可能性（人體呼吸道的沉積和清除、類層狀礦物的行為）、毒性和生物相容性（細菌毒性、體外哺乳動物細胞毒性、體內分布和毒性、異物腫瘤發生的可能性）和生物醫學應用（藥物傳輸、組織工程學、熒光分子探針、分子標記）[10]。
參考文獻
1. Yi, M. & Shen, Z. G. A review on mechanical exfoliation for the scalable production of graphene. Journal of Materials Chemistry A,3,11700-11715 (2015).
2. Park, J. & Yan, M. D. Covalent functionalization of graphene with reactive intermediates. Accounts of Chemical Reaearch,46,181-189 (2013).
3. Kuila, T. et al.Chemical functionalization of graphene and its applications. Progress in Materials Science,57,1061-1105 (2012).
4. Mauter, M. S. & Elimelech, M. Environmental applications of carbon-based nanomaterials. Environmental Science & Technology,42,5843-5859 (2008).
5. Perreault, F., Faria, A, F. & Elimelech, M. Environmental applications of graphene-based nanomaterials. Chemical Society Reviews,44,5861-5896 (2015).
6. Chabot, V., et al.A review of graphene and graphene oxide sponge: material synthesis and applications to energy and the environment. Energy & Environmental Science,7,1564-1596 (2014).
7. Kuila, T. et al.Recent advances in graphene based polymer composites. Progress in Polymer Science,35,1350-1375 (2010).
8. Yu, X. W. et al.Graphene-based smart materials. Nature Reviews Materials,2,17046 (2017).
9. Li, J. L. et al.A review of optical imaging and therapy using nanosized grapheme and graphene oxide. Biomaterials,34,9519-9534 (2013).
10. Sanchez, V. C. et al.Biological interactions of graphene-family nanomaterials: An interdisciplinary review. Chemical Research in Toxicology,25,15-34 (2012).
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