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石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點(diǎn)：碳原子有4個(gè)價(jià)電子，其中3個(gè)電子生成sp2鍵，即每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)一個(gè)位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態(tài)。研究證實(shí)，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，每兩個(gè)相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外，每個(gè)碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵（與苯環(huán)類似），因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。石墨烯和TiO2之間的復(fù)合使具有優(yōu)良特性的納米模塊連接起來，大大提高其光生載流子的傳遞效率，尤其是硼摻雜石墨烯不僅可以傳輸電子還可以傳輸空穴。然而，單純摻雜石墨烯以及團(tuán)聚態(tài)的復(fù)合仍然難以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料表面電子和空穴的定向轉(zhuǎn)移。

石墨烯尺寸的減小可以提高其費(fèi)米能級(jí)，使電子的還原能力增強(qiáng)。然后，課題組在制得的硼摻雜石墨烯納米帶表面繼續(xù)負(fù)載TiO2納米顆粒，經(jīng)過劇烈攪拌與超聲處理以后，石墨烯納米帶被進(jìn)一步剪切成尺寸更小的納米片結(jié)構(gòu)，其電子還原能力大大增強(qiáng)。這樣，所制備的TiO2復(fù)合硼摻雜石墨烯納米片結(jié)構(gòu)即具有高的氧化降解有機(jī)污染的能力，又同時(shí)具備高的光還原CO2的能力。

采用氧化還原的化學(xué)方法將石墨制備成氧化石墨烯和還原的氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO），并對其運(yùn)用了電鏡等多種實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行材料分析表征。采用溶液混合法分別制備了不同比例的ZnO-GO以及ZnO-GO-Pd的復(fù)合材料，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的表征以及討論了不同比例和不同材料對染料光催化性能的影響。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使石墨烯具有高導(dǎo)電率，優(yōu)良的電子遷移速率，更大的比表面積等特性。因此，石墨烯一直被視為能夠合成功能性復(fù)合材料的重要材料之一。