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，因而在社會生產(chǎn)與生活多個領(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，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)。近年來石墨烯行業(yè)迅猛發(fā)展，目前已有多家公司實現(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，其功能也相對單一。這也成為制約其實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸。從實際應(yīng)用角度看，將石墨烯功能化或與其他物質(zhì)進行復(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，實現(xiàn)其與其他功能組分的有機復(fù)合，對推動石墨烯材料的實用化具有重要意義，是目前和未來石墨烯領(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)合新的科研進展，旨在對功能化石墨烯材料研究領(lǐng)域進行較為系統(tǒng)的分析和歸納整理，以期對功能化石墨烯材料領(lǐng)域的研究進展進行較為系統(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，重點對功能化石墨烯材料的自上而下自下而上和可控官能團修飾等幾種不同構(gòu)建方式的研究成果進行了總結(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、儲能、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對功能化石墨烯材料領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景進行了展望。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題進行界定和討論，并對功能化石墨烯材料的結(jié)構(gòu)特點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的功能化石墨烯、以石墨烯為基本單元通過可控共價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、儲能、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和催化等領(lǐng)域的應(yīng)用，重點揭示功能化石墨烯材料設(shè)計原則。第９章對功能化石墨烯材料的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)做了較為系統(tǒng)的評述。本書系統(tǒng)整理了近些年來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。書中所傳達的學(xué)術(shù)思想創(chuàng)新性強、觀點新穎、內(nèi)容完整且結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，目前國內(nèi)外還沒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言進行闡述，以達到專業(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隊在功能化石墨烯材料上的研究成果，由智林杰教授團隊負責(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用提供理論和技術(shù)支持。本書主要由智林杰教授負責(zé)整體思路的設(shè)計和內(nèi)容的部署，馬英杰負責(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隊李祥龍老師、楊琪、牛越、黃小雄、張興豪以及其他各位老師和同學(xué)的科研貢獻和在本書撰寫、修改過程中給予的大力支持和幫助。衷心感謝國家自然科學(xué)基金項目和國家重大科學(xué)研究計劃項目等對相關(guān)研究的長期資助和支持。謹(jǐn)以此書獻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、新理論仍在不斷涌現(xiàn)，加之著者經(jīng)驗不足，書中存在不妥之處在所難免，希望讀者提出寶貴意見，以便及時補充和修改。智林杰2020年10月