石墨烯因其獨特的電學性能、力學性能、熱性能和高的比表面積，近年來受到化學、物理、材料、能源、環境等領域的極大重視。石墨烯及其復合物的制備是石墨烯研究領域一個極其重要的課題，如何簡單、快速、綠色地制備石墨烯及其復合物，而又防止石墨烯片的聚集是石墨烯基材料得以大規模應用的前提。目前報道的石墨烯基復合材料的制備是先將氧化石墨烯化學或熱還原成石墨烯，然后再與其他組分（或其前驅物）通過化學或物理方法復合。這一過程不但涉及高毒性化學試劑、高溫和多步反應，還存在石墨烯片的聚集、各組分分布不可控等缺點。羅勝聯教授課題組直接以氧化石墨烯和金屬鹽的水溶液為原料，通過一步電沉積直接制備得到石墨烯片與金屬納米粒子交替組裝的層狀結構，金屬納米粒子層阻擋了石墨烯片的聚集，同時又充當石墨烯片之間的導電通道，使得該復合薄膜具有極高的比表面積和導電性。該方法無需有毒化學試劑、高溫和多步反應過程，具有簡單、快速和綠色特點，可進一步延伸制備其它石墨烯基復合材料。
該課題組合成的石墨烯基復合材料不但在電子器件、超級電容器以及傳感器方面具有巨大應用前景，而且在環境污染控制領域具有很大應用潛力，如光催化降解有機污染物。將石墨烯與半導體光催化劑采用類似方法結合，石墨烯的大比表面積能極大地促進有機污染物的吸附，提高光催化過程的傳質效率；層層自組裝結構具有大的界面面積，有利于催化劑光生載流子的分離與傳輸，避免光生電荷的復合，提高光電轉換效率。
羅勝聯教授課題組的研究為石墨烯基復合材料的制備與結構控制提供了全新的手段和思路，具有重要的科學價值及應用前景。
該項研究成果發表在國際納米材料權威期刊small (doi:10.1002/smll.201002340）上。
圖1 一步法制備石墨烯-金納米粒子復合物層狀結構示意圖
圖2 具有層狀結構的石墨烯-金納米粒子的復合物薄膜的掃描電鏡圖