选题依据和研究目的的分析介绍

近年来，石墨烯因其独特的性质而引起广泛的关注。单纯对石墨烯材料本身的研究已经远远满足不了实际应用的需求，如何更好地对石墨烯进行改性和调控，拓展石墨烯材料在各个领域的应用，是纳米科学界研究的重点和难点，也是实现石墨烯材料从基础研究到应用的方向和目标。

本书以石墨烯为基础材料，开展对石墨烯材料结构调控和新型组装体的研究，发掘石墨烯基材独特新颖的性质和功能，进一步拓展石墨烯材料在能量储存与转换领域的应用。对于石墨烯的本征结构调控方面：将石墨烯转换为石墨烯量子点的合成方法，不论是在实验上还是理论上，都有了很大的发展。而可控合成具有特定性质的石墨烯量子点的研究最近几年才引起人们的注意，虽然人们已经通过各种方法实现了可控合成具有一定尺寸的石墨烯量子点，但是进一步对石墨烯量子点这个零维的碳纳米结构的调控和改性依然没有任何进展，直接限制了石墨烯量子点的发展。因此，我们设计并发展了一种简单的电化学方法，将杂原子引入石墨烯量子点的结构中，首次采用电化学方法实现对石墨烯量子点的改性研究。杂原子的引入，有效地调控了石墨烯量子点固有的光学和电子特性，在氧还原领域表现出了电催化活性，为量子点在能量转换领域开辟了新的方向。

对于石墨烯的功能组装方面：由于石墨烯本身独特的结构和性质，层与层之间具有π-π相互作用，石墨烯可以作为构筑多功能高分子材料的基本单元，通过自组装或者共组装的方法将石墨烯固有的性质延伸到宏观结构中。

（1）将石墨烯二维的结构组装成一维宏观的组装体，近几年才开始研究。因此，这种一维结构的功能化组装体在其性能研究和应用方面具有非常大的探索空间。通过自制的同轴装置实现了连续化生产石墨烯基材的中空纤维，并能可控生产多功能分子对石墨烯中空纤维的原位修饰。该方法可实现具有光-电响应等器件的可控制备，在微纳米通道和能量转换领域提供了新的思路。(www.xing528.com)

（2）制备三维石墨烯网络结构通常采用的是水溶剂热反应法，该方法具有简单、快速等特点，被人们广泛使用。由于这个制备过程是基于石墨烯自身的π-π相互作用自发形成的，石墨烯片层间的相互堆叠是不可避免的。因此得到的石墨烯网络结构，其相互交联的“墙壁”往往含有几层或十几层的石墨烯，大大降低了石墨烯的活性位点和活性比表面积，从而在一定程度上影响了石墨烯的性能发挥和功能化应用。尽管人们也展开了一些方法去减少石墨烯片层间相互堆叠的现象，但是结果还是不尽如人意。为了解决这个研究难题，在水热的过程中引入了共轭分子，其能够有效地与石墨烯片子结合，防止了石墨烯片层间的堆积，制备出了高暴露表面的石墨烯网络结构，并且该石墨烯网络结构是目前所有三维纯石墨烯泡沫里密度最小的，壁厚仅含有1～4层的石墨烯。在这个新型低密度的石墨烯网络结构的基础上，本书进一步开展了对三维石墨烯结构的调控和功能复合的研究，包括设计和制备了双掺杂纳米网孔结构的石墨烯，大大提高了石墨烯材料在氧还原领域的催化性能。此外，通过利用水热和电化学方法制备出了聚吡咯/石墨烯的复合多功能材料，该复合泡沫表现出了独特的可压缩性质，在可压缩电容器领域表现出了极大的应用前景。最后，采用石墨化氮化碳分子通过与石墨烯的复合组装，拓展了石墨烯材料在电催化析氢的应用。

本书通过对石墨烯的本征调控和功能化组装的系统研究，使我们不仅实现了石墨烯材料在结构和性能上的突破，更重要的是推进了石墨烯及其衍生体在能量储存和转换领域的应用。