石墨烯具有獨特的物理和化學性質，如超高的導電率、大的比表面積、優異的熱穩定性等。 石墨烯基復合材料已成為研究熱點。 石墨烯基復合材料主要包括與金屬及其氧化物的復合材料、與聚合物的復合材料等。由于金屬材料具有高比強度、高比模量、高耐腐蝕性、優異的電熱性能和優異的加工性能，石墨烯/金屬納米復合材料已被廣泛研究。 它們已廣泛應用于化學催化、超級電容器和柔性導電薄膜等應用領域，具有廣闊的前景。

1、石墨烯/金屬納米復合材料的制備方法

將石墨烯與金屬納米材料結合，不僅可以保持石墨烯的優異性能，還可以利用兩者之間的協同效應，使得石墨烯/金屬納米復合材料的性能優于單獨石墨烯和金屬納米材料。 性能方面，利用石墨烯較大的比表面積負載功能性金屬納米粒子，如在石墨烯片之間插入金屬納米粒子Au、Ag和Ru，可以減少石墨烯片之間的分子間相互作用力，有效避免石墨烯片的聚集，增強金屬納米粒子的活性，提高復合材料的綜合性能。

圖1 石墨烯/金屬納米復合材料示意圖

目前石墨烯/金屬納米復合材料的制備方法主要有自組裝法、化學還原法、水熱法、電化學沉積法和熱蒸發法等。

1. 自組裝方法

自組裝方法是將石墨烯分散體與預先制備好的或市售的金屬納米材料混合，通過共價鍵或非共價鍵（范德華力、靜電力、分子間力、氫鍵等）結合起來。 一種制備石墨烯/金屬納米復合材料的方法。 該方法需要對石墨烯或金屬納米材料進行修飾，以增強兩者之間的相互作用。

研究人員采用光化學輔助自組裝方法制備石墨烯/Au納米復合材料。 首先，以功能化石墨烯為原料，用正十八烷硫醇進行改性。 然后將其加入乙醇溶液中，超聲分散，加入氯金酸，通過光化學還原制備復合材料。 通過正十八烷硫醇分子與Au粉顆粒之間的相互作用，可以有效控制Au粉顆粒在石墨烯表面的排列和取向，生成特定的Au納米鏈，從而控制石墨烯/Au納米復合材料的制備。

圖2 光化學輔助自組裝法制備石墨烯/Au納米粉體粒子復合材料的工藝流程圖

自組裝方法的優點是與原位生長方法相比，可以制備粒徑和負載量易于控制、分布高度均勻的石墨烯納米復合材料。 自組裝方法還適用于Au、Ag等納米粉體顆粒與石墨烯的結合，可以提高其光催化活性。

2、化學還原法

化學還原是石墨烯/金屬納米復合材料最常見的制備方法。 其工藝是將石墨烯和金屬配置成石墨烯溶液和金屬鹽溶液，將兩者混合，然后添加相應的還原劑，通過氧化還原的方法制備石墨烯/金屬納米復合材料。 金屬氧化物的種類很多，通過化學還原可以有效地還原不同種類的金屬。

研究人員通過化學還原方法將銀納米顆粒負載在石墨烯片上，可控制備石墨烯/銀納米復合材料。 該工藝是將石墨烯分散在蒸餾水中，并經過超聲波處理，形成穩定的石墨烯懸浮液。 在磁力攪拌下將硝酸銀水溶液逐漸加入到懸浮液中，然后將檸檬酸鈉加入到混合物中并超聲處理，并通過離心機。 離心分離黑色固體產物，用蒸餾水和乙醇洗滌，最后真空干燥，得到石墨烯負載銀納米粒子復合材料。

圖3 化學還原法制備石墨烯/Ag納米粉體粒子復合材料的工藝流程圖

3、水熱法

水熱法是指以水為溶劑，在密閉壓力容器中，在高溫高壓下進行的化學反應。 采用水熱法制備三維石墨烯/Au復合薄膜。 首先，對Au基板進行預處理，并將其浸入4-氨基苯硫酚溶液中，形成自組裝單層基板。 將氧化石墨烯溶液與不同濃度的氯金酸溶液混合。 混合，然后將修飾后的Au基底垂直放置在室溫下的溶液中，然后在高壓釜中加熱，水熱生長后用蒸餾水徹底清洗，并將Au基底冷凍干燥以獲得三維石墨烯。 /Au復合膜。 所制備的三維石墨烯/Au復合薄膜具有比表面積大、導電性好、結構穩定性高、基體結合強度強等優異性能，在電分析、電催化和電化學傳感方面具有廣泛的潛在應用價值。 。

圖4 水熱法制備石墨烯/Au納米復合材料工藝流程圖

水熱法的優點是：制備的石墨烯/金屬納米復合材料具有顆粒純度高、分散性好、晶形良好且可控、生產成本低等優點，有利于復合材料的研究。

4.電化學沉積法

電化學沉積是一種更為有效的制備方法。 與傳統的化學還原方法相比，化學還原方法中使用的還原劑和有機溶劑會降低石墨烯與金屬納米粒子之間的結合界面的活性，從而降低復合材料的性能。 電化學沉積是一種在石墨烯基底上直接沉積金屬納米材料的綠色、環保、高效的方法。

研究人員通過電化學沉積的方式直接將石墨烯片溶解到鍍鎳溶液中，添加表面活性劑，攪拌制備鎳/石墨烯復合材料。 當石墨烯的添加量為0.05g/L時，由于兩者之間的相互作用，Ni/石墨烯復合材料的彈性模量達到4.6 GPa，硬度達到4.6 GPa，強度顯著提高。

圖5 電化學沉積石墨烯/金屬納米復合材料裝置示意圖

5、熱蒸發法

熱蒸發法是一種簡單、易操作、高效、低成本的制備方法。 通過加熱使材料蒸發并沉積在基材上的過程。 采用熱蒸發法在石墨烯表面沉積金納米顆粒。 熱沉積到 n 層石墨烯上的 Au 與這些基底的相互作用不同，表明石墨烯具有不同的表面特性，從而導致在 n 層石墨烯上形成 Au 納米顆粒。 厚度相關的形態，可用于以高通量和空間分辨率識別和區分石墨烯。

等離子體法與熱蒸發法類似。 中國科學院等離子體研究所的研究人員利用H2/Ar混合氣體等離子體成功制備了納米零價鐵/石墨烯復合材料，并將其應用于易溶放射性元素和變價態金屬離子的生產。 吸附和還原。

圖6 納米零價鐵/石墨烯復合材料結構示意圖（來源：中國科學院等離子體研究所）

2.石墨烯/金屬納米復合材料的應用

石墨烯具有超高的導電率、大的比表面積和優異的熱穩定性，而金屬材料則具有高比強度、高比模量、高耐腐蝕性、優異的電熱性能和優異的催化活性。 石墨烯與金屬納米材料復合所獲得的優異性能，在光學、催化、生物技術和納米光電子領域顯示出巨大的應用前景。

1.電化學領域

Ni/石墨烯復合材料具有高比電容，作為超級電容器電極材料具有廣闊的應用前景。 制備的Ni/還原氧化石墨烯在空氣中退火后，電化學性能遠高于單一組分。 鎳和石墨烯材料。 Pt/石墨烯納米復合材料對甲醇氧化和氧還原具有良好的電催化活性，可用作燃料電池、氣相催化和傳感器的高性能催化劑。

2.納米光電領域

由于電子轉移效應，Au納米粒子的修飾顯著提高了石墨烯的導電率。 此外，石墨烯/Au納米粒子復合材料還表現出Au納米粒子的局域表面等離子體共振特性。 這項工作對未來會有幫助。 光電器件的應用。

3、生物醫學領域

石墨烯/Au復合材料具有高比表面積，并用甲氧基聚乙二醇進一步修飾以獲得低細胞毒性。 作為藥物載體，在新血相容性和生理環境中具有最佳的性能。 分散。 目前其裝載的抗癌藥物主要為鹽酸阿霉素、枸櫞酸他莫昔芬和喜樹堿。 未來，石墨烯復合材料可應用于蛋白質、基因藥物靶向運輸和治療等更深層次的方面。

4、柔性觸摸屏

目前，石墨烯/金屬納米復合材料作為柔性透明導電薄膜顯示出巨大的應用潛力。 石墨烯納米銀線復合柔性透明導電薄膜已實現量產。