石墨烯作為一種新型二維納米材料，其特殊的單原子層結(jié)構(gòu)賦予其諸多新奇的物理性質(zhì)，如優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能、氣體阻隔性能等，因而在社會(huì)生產(chǎn)與生活多個(gè)領(lǐng)域均表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。自2004年石墨烯被成功剝離以來(lái)，功能化石墨烯材料及相關(guān)研究領(lǐng)域得到了研究人員的廣泛關(guān)注，并積累了許多有價(jià)值的研究成果，但截至目前該領(lǐng)域缺乏較為系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。近年來(lái)石墨烯行業(yè)迅猛發(fā)展，目前已有多家公司實(shí)現(xiàn)石墨烯的大批量生產(chǎn)，并在透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電添加劑等領(lǐng)域取得了較為顯著的進(jìn)展。然而，受石墨烯本征特性的影響，石墨烯片層在絕大多數(shù)溶劑里難以分散，其功能也相對(duì)單一。這也成為制約其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸。從實(shí)際應(yīng)用角度看，將石墨烯功能化或與其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合，制備具有電學(xué)、光學(xué)及力學(xué)等特定結(jié)構(gòu)與功能的功能化石墨烯材料是滿足不同應(yīng)用要求所必需的，也是充分挖掘其性能潛力以及拓展其應(yīng)用范圍的前提。發(fā)展功能化石墨烯，實(shí)現(xiàn)其與其他功能組分的有機(jī)復(fù)合，對(duì)推動(dòng)石墨烯材料的實(shí)用化具有重要意義，是目前和未來(lái)石墨烯領(lǐng)域的重要研究方向。本書主要根據(jù)作者所在課題組近些年來(lái)在功能化石墨烯材料領(lǐng)域的研究成果，并結(jié)合新的科研進(jìn)展，旨在對(duì)功能化石墨烯材料研究領(lǐng)域進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析和歸納整理，以期對(duì)功能化石墨烯材料領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行較為系統(tǒng)的梳理。本書從功能化石墨烯材料的發(fā)展歷程出發(fā)，圍繞石墨烯功能化這一主題，闡述了功能化石墨烯材料的定義、分類和制備方法，重點(diǎn)對(duì)功能化石墨烯材料的自上而下自下而上和可控官能團(tuán)修飾等幾種不同構(gòu)建方式的研究成果進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)闡述了功能化石墨烯材料在光能轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)能、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)功能化石墨烯材料領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。全書共分九章，第１章為緒論，概述功能化石墨烯材料的構(gòu)建策略和發(fā)展現(xiàn)狀。第２章介紹功能化石墨烯材料的定義和分類，重點(diǎn)圍繞什么是功能化石墨烯材料，功能化石墨烯材料包括哪幾種等基本問(wèn)題進(jìn)行界定和討論，并對(duì)功能化石墨烯材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能特性做了系統(tǒng)分析。第３～５章分別從自下而上自上而下和可控官能團(tuán)修飾三種不同的構(gòu)建策略論述功能化石墨烯材料的可控制備和構(gòu)建，包括由芳香性有機(jī)單體制備的具有豐富石墨烯片段的功能化石墨烯、化學(xué)剝離薄層石墨得到的具有豐富表面官能團(tuán)的功能化石墨烯、以石墨烯為基本單元通過(guò)可控共價(jià)衍生化制備的功能化石墨烯等。第６～８章圍繞功能化石墨烯材料的應(yīng)用，分別詳述基于以上三種策略構(gòu)建的功能化石墨烯材料，系統(tǒng)闡述其在光能轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)能、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)揭示功能化石墨烯材料設(shè)計(jì)原則。第９章對(duì)功能化石墨烯材料的發(fā)展趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)做了較為系統(tǒng)的評(píng)述。本書系統(tǒng)整理了近些年來(lái)功能化石墨烯材料領(lǐng)域的重要研究成果，深入分析了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，旨在引導(dǎo)石墨烯功能化的研究向科學(xué)化和系統(tǒng)化發(fā)展。書中所傳達(dá)的學(xué)術(shù)思想創(chuàng)新性強(qiáng)、觀點(diǎn)新穎、內(nèi)容完整且結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有類似主題的書籍出版。本書盡可能使用較為通俗易懂的語(yǔ)言進(jìn)行闡述，以達(dá)到專業(yè)性與易讀性并存的效果。本書不僅可以作為納米科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)科學(xué)研究人員和工程技術(shù)人員的參考書，也適用于對(duì)石墨烯感興趣的非專業(yè)讀者。本書內(nèi)容主要基于智林杰教授團(tuán)隊(duì)在功能化石墨烯材料上的研究成果，由智林杰教授團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)書稿的撰寫、統(tǒng)籌和修改工作。編寫本書的目的是引起讀者對(duì)功能化石墨烯材料的關(guān)注，有助于讀者深化理解功能化石墨烯材料這一理念在石墨烯相關(guān)材料研究中的重要作用，指引功能化石墨烯材料的研究向科學(xué)化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，為加速功能化石墨烯材料的實(shí)用提供理論和技術(shù)支持。本書主要由智林杰教授負(fù)責(zé)整體思路的設(shè)計(jì)和內(nèi)容的部署，馬英杰負(fù)責(zé)書稿的統(tǒng)籌和修改工作。具體分工如下：第１章由智林杰、馬英杰和孔德斌編寫，第２章由智林杰、馬英杰和周善柯編寫，第３章由智林杰、馬英杰、肖志昌和孔德斌編寫，第４章由智林杰、馬英杰和邱雄鷹編寫，第５章由智林杰、馬英杰和高揚(yáng)編寫，第６～９章由智林杰和馬英杰編寫。本書特別感謝智林杰課題組團(tuán)隊(duì)李祥龍老師、楊琪、牛越、黃小雄、張興豪以及其他各位老師和同學(xué)的科研貢獻(xiàn)和在本書撰寫、修改過(guò)程中給予的大力支持和幫助。衷心感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目等對(duì)相關(guān)研究的長(zhǎng)期資助和支持。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給從事功能化石墨烯材料領(lǐng)域研究的同行，有志于從事功能化石墨烯材料研究的青年學(xué)子，以及從事基于石墨烯材料的制備技術(shù)及應(yīng)用的企業(yè)界人士。由于功能化石墨烯材料領(lǐng)域仍在快速發(fā)展，新知識(shí)、新理論仍在不斷涌現(xiàn)，加之著者經(jīng)驗(yàn)不足，書中存在不妥之處在所難免，希望讀者提出寶貴意見，以便及時(shí)補(bǔ)充和修改。智林杰2020年10月