由于石墨烯的复合物具有显著的优势，且其优势取决于与石墨烯进行复合的材料，因此人们也在致力于研究制备石墨烯的混合物或复合物。此外，因特定应用，可选择不同的复合材料来诱导出石墨烯的其他性质。

5.7.1.1 石墨烯与二氧化锡的复合

正如所述，二维碳片以蜂窝结构排列，即石墨烯具有较高的比表面积（理论值为2630m²/g）[佩格尼等（Peigney et al.），2001]，利于改进界面接触，具有优良的导电性能和高力学性能。因此，官能化的石墨烯片被研究用于直接的锂离子存储。这需要改进其容量和阳极材料的循环稳定性，可通过增大石墨烯层之间的间距并与二氧化锡形成复合物来实现[尤等（Yoo et al.），2008]。

5.7.1.2 石墨烯与二氧化钛的复合

增强锂离子插入的自组装二氧化钛/石墨烯复合结构也得以开发[王等（Wang et al.），2009]。为此，可使用阴离子硫酸盐表面活性剂。这有助于纳米晶体二氧化钛、金红石和锐钛矿与石墨烯的自组装，也有助于水溶液中石墨烯的稳定化。二氧化钛/石墨烯复合物能增强二氧化钛中锂离子的嵌入/脱嵌。与纯二氧化钛相比，在高充放电速率时的比电容增加了一倍，这是由于嵌入金属氧化物电极的石墨烯网提高了电极导电性。这种复合结构强调在自组装复合纳米结构中使用石墨烯作为导电添加剂，来提高电化学活性材料的高倍率性能，并使用金属氧化物二氧化钛作为电化学活性氧化物材料。官能化的石墨烯片作为锂离子电池电极材料的导电添加剂，具有广阔的前景。

5.7.1.3 石墨烯与氧化镍的复合

复合结构通过多步组装法，在平面纳米石墨烯片间插入氧化镍（NiO）形成“三明治”结构，用于储存电化学能[卫等（Wei et al.），2011]。为确保在石墨烯片上的金属氧化物纳米颗粒的均匀分布，氧化石墨烯均匀分散在水和硝酸盐的水溶液中，然后进行“温和”后处理。这种复合结构形成了一个膜状形态。

如图5.8所示，平面石墨烯纳米片和金属氧化物纳米颗粒被紧紧固定住，可避免在电化学充放电循环过程中产生聚集或堆积，有效保持了表面的活性，并为离子留下稳定而开放的传输通道。对于电化学能量存储来说，这种复合结构是理想的，且因其具有膜状形态，可在多种应用中为简化操作提供解决方案。这是因为该复合结构可作为应变缓冲，以适应纳米颗粒在固定方向上体积的变化，从而在电化学充电/放电过程中具有更好的弹性和结构稳定性。

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图5.8 复合结构通过在平面纳米石墨烯片间插入氧化镍，形成“三明治”结构，从而储存电化学能 Copyrightⓒ 2011，Royal Society of Chemistry，Courtesy：Wei et al.J.Mater.Chem.，2011，21，9014-9019.

最近，硫氮掺杂二氧化钛/氧化石墨烯复合材料被应用于高性能光催化领域，该合成使用硫脲[CS（NH₂）₂]作为一种二元元素掺杂剂。该方法使用了胶体混合，使用甲基橙对硫氮掺杂二氧化钛/氧化石墨烯的光催化降解进行检测。与使用二氧化钛的光催化降解相比，此复合物体现了表观速率常数（k）的平均值（k=0.035min^-1），比生长在溶液中的二氧化钛（k=0.0038min^-1）高8倍，比P25二氧化钛（k=0.008min^-1）约高4倍。

该复合材料具有高光催化活性的原因是由于氧化石墨烯的高比表面积、含氧基团和较大的芳香域，可以通过π-π堆积与共轭甲基橙分子结合。此外，硫氮掺杂使光生电子和空穴的数量增加，产生更多的载流子形成反应物种，从而促进甲基橙的降解。

5.7.1.4 覆盖透明薄铁电[P（VDF-TrFE）]聚合物的石墨烯

尽管石墨烯具有优异的光学、力学和电学性能，其相对较高的薄层电阻仍然限制了其在光电、光子和柔性透明电极等领域的应用。要在单层形式中实现低电阻，有研究将非挥发性铁电聚合物（聚偏二氟乙烯-共-三氟乙烯）[P（VDF-Tr-FE]与石墨烯进行掺杂至3×10^-13cm^-2[倪等（Ni et al.），2011]。这种复合结构在室温条件下产生了较低的薄层电阻120Ω/□，由于铁电体聚合物具有高透明性，该复合物从可见光到近红外范围内的透光率超过95%。此外，这一石墨烯的复合物具有良好的柔韧性和化学惰性，可用于透明电极和光电设备。

5.7.1.5 石墨烯-金属纳米线的复合结构

这种复合结构的制备是通过二维石墨烯和一维银纳米线网的结合而实现的。它具有低电阻（33Ω/□）、高透光率（可见光下为94%），在抗电击穿和抗氧化方面有良好的稳定性，可忽略不计的光辐照导致的退化以及极好的柔韧性（27%的弯曲应变）和拉伸性（100%的拉伸应变）。抗热氧化是由于银纳米线被石墨烯层所覆盖。因此，制备的复合电极呈现出超凡的柔韧性和延展性，使其能够完全对折。该复合结构的多功能性使其可应用于制造柔韧性和可佩戴式电子设备（软性隐形眼镜）上集成的单一像素显示器和氧化物半导体晶体管的复合电极。