一、研究背景
石墨烯作为单层碳原子六方堆积而成的二维碳纳米材料，具有比表面积大、热导率高、力学性能好和电荷迁移率高等更为优异的物理化学性质。此外，石墨烯还具有电化学窗口宽、电催化活性高和电子传输速率快等优异的电化学性能，使其在光学、电子学、能源及化学传感领域有着更为广阔的应用前景。尽管单一石墨烯材料具有诸多优良的性能，但在具体应用中，单一材料无法满足各类应用的一些要求，且石墨烯本身因卷曲团聚、表面稳定惰性、难溶解于溶剂等问题也限制了其在光学、电子学、能源及化学传感器领域中的应用。因此，非常有必要通过将石墨烯进行化学改性，如生成衍生物、表面官能团化、化学修饰、化学掺杂等，或与其他如无机或有机功能性纳米材料进行复合，借助不同组分的协同作用，进一步改善石墨烯的物理和化学性能，拓展和增强石墨烯的各种应用性能。
磷元素是地球上一种储量丰富的元素，具有三种同素异形体，包括白磷、红磷、黑磷。其中，红磷在三种同素异形体最为稳定且最易获得。红磷作为一种功能材料，在半导体、充电电池以及光催化剂中具有良好的性质。红磷作为一种稳定的半导体材料，其带隙宽度为1.7eV，其光吸收范围覆盖可见光区。此外，红磷拥有合适的价带和导带，尤其与光解水析氢、析氧反应的电极电势相匹配，因此红磷是一种潜能巨大的用于光催化的半导体材料。
将石墨烯与红磷这两种潜在优异性能的材料进行复合，石墨烯可提高复合材料的比表面积，加快光生电子与空穴的分离，更加有利于电子的传输过程，从而提高复合材料的光电催化性能。从这一研究思路出发，人们已将制备的新型石墨烯/红磷复合物用于锂电池、光催化水处理、电分析化学检测等领域，并取得了理想的效果。红磷/石墨烯复合物作为一类新型复合材料，仍有很多可以值得尝试改进的地方，从而进一步提高这类复合材料的性能，同时寻找新的应用。
二、研究内容
本实验拟通过经典方法合成氧化石墨烯，并通过化学还原法及水热还原法对氧化石墨烯进行还原处理从而制备石墨烯。红磷的制备以商业红磷为原料，通过水热、煅烧等处理方法对其进行改性，以进一步提高红磷的光催化性能。石墨烯/红磷复合物的制备拟采用气相沉积法。
在上述材料制备完成后，将分别对其进行测试表征。例如，通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X-射线粉末衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、固体紫外（UV-Vis）等方法对材料的结构、形貌、组成、带隙宽度等基本性质进行初步研究。借助电化学工作站，通过研究对比不同材料的循环伏安曲线、EIS阻抗曲线以及光电流曲线来评价材料的电化学性质。最后，将所制备的/石墨烯复合物尝试应用于光解水产氢、光催化降解水体有机污染物、电化学检测等领域，以评价复合材料的光电催化性能，并从中寻找出其优异特点进行更为深入的研究。
此外，在合成石墨烯的基础上，可对石墨烯材料本身进行水热切割、杂原子掺杂、功能性材料修饰等处理，实现对石墨烯材料的改性，从而进一步提升红磷/石墨烯复合物的性能。
三、研究手段
由于本课题中所涉及的两种材料均为近几年来兴起的热门材料，具有优异的潜在性能，故实验将主要以前人的工作为基础，在材料制备的方法上进行再改进，在材料复合的形式上再组合，以进一步提高复合材料的性能，同时开发可能的新应用。
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