石墨烯具有独特的物理和化学性质，如超高的导电率、大的比表面积、优异的热稳定性等。 石墨烯基复合材料已成为研究热点。 石墨烯基复合材料主要包括与金属及其氧化物的复合材料、与聚合物的复合材料等。由于金属材料具有高比强度、高比模量、高耐腐蚀性、优异的电热性能和优异的加工性能，石墨烯/金属纳米复合材料已被广泛研究。 它们已广泛应用于化学催化、超级电容器和柔性导电薄膜等应用领域，具有广阔的前景。
1、石墨烯/金属纳米复合材料的制备方法
将石墨烯与金属纳米材料结合，不仅可以保持石墨烯的优异性能，还可以利用两者之间的协同效应，使得石墨烯/金属纳米复合材料的性能优于单独石墨烯和金属纳米材料。 性能方面，利用石墨烯较大的比表面积负载功能性金属纳米粒子，如在石墨烯片之间插入金属纳米粒子Au、Ag和Ru，可以减少石墨烯片之间的分子间相互作用力，有效避免石墨烯片的聚集，增强金属纳米粒子的活性，提高复合材料的综合性能。
图1 石墨烯/金属纳米复合材料示意图
目前石墨烯/金属纳米复合材料的制备方法主要有自组装法、化学还原法、水热法、电化学沉积法和热蒸发法等。
1. 自组装方法
自组装方法是将石墨烯分散体与预先制备好的或市售的金属纳米材料混合，通过共价键或非共价键（范德华力、静电力、分子间力、氢键等）结合起来。 一种制备石墨烯/金属纳米复合材料的方法。 该方法需要对石墨烯或金属纳米材料进行修饰，以增强两者之间的相互作用。
研究人员采用光化学辅助自组装方法制备石墨烯/Au纳米复合材料。 首先，以功能化石墨烯为原料，用正十八烷硫醇进行改性。 然后将其加入乙醇溶液中，超声分散，加入氯金酸，通过光化学还原制备复合材料。 通过正十八烷硫醇分子与Au粉颗粒之间的相互作用，可以有效控制Au粉颗粒在石墨烯表面的排列和取向，生成特定的Au纳米链，从而控制石墨烯/Au纳米复合材料的制备。
图2 光化学辅助自组装法制备石墨烯/Au纳米粉体粒子复合材料的工艺流程图
自组装方法的优点是与原位生长方法相比，可以制备粒径和负载量易于控制、分布高度均匀的石墨烯纳米复合材料。 自组装方法还适用于Au、Ag等纳米粉体颗粒与石墨烯的结合，可以提高其光催化活性。
2、化学还原法
化学还原是石墨烯/金属纳米复合材料最常见的制备方法。 其工艺是将石墨烯和金属配置成石墨烯溶液和金属盐溶液，将两者混合，然后添加相应的还原剂，通过氧化还原的方法制备石墨烯/金属纳米复合材料。 金属氧化物的种类很多，通过化学还原可以有效地还原不同种类的金属。
研究人员通过化学还原方法将银纳米颗粒负载在石墨烯片上，可控制备石墨烯/银纳米复合材料。 该工艺是将石墨烯分散在蒸馏水中，并经过超声波处理，形成稳定的石墨烯悬浮液。 在磁力搅拌下将硝酸银水溶液逐渐加入到悬浮液中，然后将柠檬酸钠加入到混合物中并超声处理，并通过离心机。 离心分离黑色固体产物，用蒸馏水和乙醇洗涤，最后真空干燥，得到石墨烯负载银纳米粒子复合材料。
图3 化学还原法制备石墨烯/Ag纳米粉体粒子复合材料的工艺流程图
3、水热法
水热法是指以水为溶剂，在密闭压力容器中，在高温高压下进行的化学反应。 采用水热法制备三维石墨烯/Au复合薄膜。 首先，对Au基板进行预处理，并将其浸入4-氨基苯硫酚溶液中，形成自组装单层基板。 将氧化石墨烯溶液与不同浓度的氯金酸溶液混合。 混合，然后将修饰后的Au基底垂直放置在室温下的溶液中，然后在高压釜中加热，水热生长后用蒸馏水彻底清洗，并将Au基底冷冻干燥以获得三维石墨烯。 /Au复合膜。 所制备的三维石墨烯/Au复合薄膜具有比表面积大、导电性好、结构稳定性高、基体结合强度强等优异性能，在电分析、电催化和电化学传感方面具有广泛的潜在应用价值。 。
图4 水热法制备石墨烯/Au纳米复合材料工艺流程图
水热法的优点是：制备的石墨烯/金属纳米复合材料具有颗粒纯度高、分散性好、晶形良好且可控、生产成本低等优点，有利于复合材料的研究。
4.电化学沉积法
电化学沉积是一种更为有效的制备方法。 与传统的化学还原方法相比，化学还原方法中使用的还原剂和有机溶剂会降低石墨烯与金属纳米粒子之间的结合界面的活性，从而降低复合材料的性能。 电化学沉积是一种在石墨烯基底上直接沉积金属纳米材料的绿色、环保、高效的方法。
研究人员通过电化学沉积的方式直接将石墨烯片溶解到镀镍溶液中，添加表面活性剂，搅拌制备镍/石墨烯复合材料。 当石墨烯的添加量为0.05g/L时，由于两者之间的相互作用，Ni/石墨烯复合材料的弹性模量达到4.6 GPa，硬度达到4.6 GPa，强度显着提高。
图5 电化学沉积石墨烯/金属纳米复合材料装置示意图
5、热蒸发法
热蒸发法是一种简单、易操作、高效、低成本的制备方法。 通过加热使材料蒸发并沉积在基材上的过程。 采用热蒸发法在石墨烯表面沉积金纳米颗粒。 热沉积到 n 层石墨烯上的 Au 与这些基底的相互作用不同，表明石墨烯具有不同的表面特性，从而导致在 n 层石墨烯上形成 Au 纳米颗粒。 厚度相关的形态，可用于以高通量和空间分辨率识别和区分石墨烯。
等离子体法与热蒸发法类似。 中国科学院等离子体研究所的研究人员利用H2/Ar混合气体等离子体成功制备了纳米零价铁/石墨烯复合材料，并将其应用于易溶放射性元素和变价态金属离子的生产。 吸附和还原。
图6 纳米零价铁/石墨烯复合材料结构示意图（来源：中国科学院等离子体研究所）
2.石墨烯/金属纳米复合材料的应用
石墨烯具有超高的导电率、大的比表面积和优异的热稳定性，而金属材料则具有高比强度、高比模量、高耐腐蚀性、优异的电热性能和优异的催化活性。 石墨烯与金属纳米材料复合所获得的优异性能，在光学、催化、生物技术和纳米光电子领域显示出巨大的应用前景。
1.电化学领域
Ni/石墨烯复合材料具有高比电容，作为超级电容器电极材料具有广阔的应用前景。 制备的Ni/还原氧化石墨烯在空气中退火后，电化学性能远高于单一组分。 镍和石墨烯材料。 Pt/石墨烯纳米复合材料对甲醇氧化和氧还原具有良好的电催化活性，可用作燃料电池、气相催化和传感器的高性能催化剂。
2.纳米光电领域
由于电子转移效应，Au纳米粒子的修饰显着提高了石墨烯的导电率。 此外，石墨烯/Au纳米粒子复合材料还表现出Au纳米粒子的局域表面等离子体共振特性。 这项工作对未来会有帮助。 光电器件的应用。
3、生物医学领域
石墨烯/Au复合材料具有高比表面积，并用甲氧基聚乙二醇进一步修饰以获得低细胞毒性。 作为药物载体，在新血相容性和生理环境中具有最佳的性能。 分散。 目前其装载的抗癌药物主要为盐酸阿霉素、枸橼酸他莫昔芬和喜树碱。 未来，石墨烯复合材料可应用于蛋白质、基因药物靶向运输和治疗等更深层次的方面。
4、柔性触摸屏
目前，石墨烯/金属纳米复合材料作为柔性透明导电薄膜显示出巨大的应用潜力。 石墨烯纳米银线复合柔性透明导电薄膜已实现量产。
