CN107207265A - 使用石墨烯的化学反应透明度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用石墨烯的化学反应透明度的方法，更具体地，涉及一种利用防止氧扩散而不干扰电子传送的石墨烯而能够在石墨烯表面上通过催化反应形成所需材料的方法及其应用方法。

Description

使用石墨烯的化学反应透明度的方法
技术领域
本发明涉及一种使用石墨烯的化学反应透明度的方法。
背景技术
石墨烯是具有六边形排列的碳原子的透明、单原子厚的导电材料。石墨烯在2010年成为获得诺贝尔奖的材料，原因在于其不仅在结构和化学上稳定，而且其具有优异的光学、电学和机械性能。石墨烯受到很多关注。由于石墨烯是单原子厚和理想的二维材料，因此对作为电气、显示和能量应用的元件具有很大的潜力。
石墨烯对可见光表现出高透射率，并且由于其柔性，已经作为柔性的透明电极受到很多关注。高透光率是基于石墨烯是单原子厚的事实，这是非常特殊的情况，并且与一般情况下的透光率不同。因此，许多科学家已被证明石墨烯不仅具有透光性，而且具有对润湿性和范德华力的透明度。然而，关于石墨烯透明度的基本原理和现象，并没有明确的理论。此外，还没有发现使用石墨烯透明度的合适应用。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种利用石墨烯的化学透明度的方法，包括使用石墨烯的化学反应透明度在石墨烯表面上形成各种材料和石墨烯上的外延层的生长；及其应用方法。
特别地，本发明将石墨烯的化学透明度应用于其中发生电子移动的反应，例如其中原子的氧化数发生变化的氧化还原反应，并且也应用于静电相互作用反应。
技术方案
本发明的第一方面提供一种使用石墨烯的化学透明度在基板上进行催化反应的方法，所述基板包括：第一层，其包含催化剂；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，通过在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处进行催化化学反应。
本发明的第二方面提供一种通过化学反应在基板上制备表面改性的石墨烯的方法；所述基板包括：第一层，其包含催化剂；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，所述方法包括在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处进行催化化学反应。
本发明的第三方面提供一种电极，包括：第一层，其包含电极活性材料；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，其中电极活性材料在第二层的石墨烯位于电极活性材料上的区域处进行氧化还原反应。
本发明的第四方面提供一种电池，包括：根据第三方面的电极。
本发明的第五方面提供一种传感器，包括：第一层，其包含催化剂；第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯；以及金属纳米颗粒，其通过催化化学反应形成在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处。
本发明的第六方面提供一种传感器芯片，包括：根据第五方面的传感器。
本发明的第七方面提供一种细胞培养基板，包括：第一层，其包含诱导细胞粘附或增殖的材料；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，其中诱导细胞粘附或增殖的材料在第二层的石墨烯位于诱导细胞粘附或增殖的材料上的区域处进行细胞的粘附或增殖。
本发明的第八方面提供一种移植物，包括：根据第七方面的细胞培养基板。
本发明的第九方面提供一种使第一反应物和第二反应物在下述条件下进行化学反应的方法，其中第一和第二反应物由表现出化学透明度的石墨烯分离，通过电子和空穴的相互转移而在第一和第二反应物之间发生化学反应。
本发明的第十方面提供一种装置，包括：第一装置，其由第一反应物形成第一产物；第二装置，其由第二反应物形成第二产物；以及石墨烯，其能够表现出化学透明度并分离第一和第二反应物，其中在从第一反应物产生第一产物时产生的电子或空穴通过石墨烯输送到第二反应物以产生第二产物。
本发明的第十一方面提供一种多层电子装置，包括：在两个电极层之间的至少一个有源层，其中表现出化学透明度的石墨烯的至少一层被***层之间。
以下，对本发明进行详细说明。
石墨烯是在二维蜂窝晶格中具有碳原子的单原子厚的导电材料。由于其高柔性、高导电性和散热性，石墨烯已经作为具有无限应用领域的材料被广泛关注。
石墨烯应用的各个领域是触摸屏、柔性显示器、高效太阳能电池、散热膜、涂层材料、超薄型扬声器、海水淡化过滤器、二次电池用电极、高速充电器、传感器等。对于这种应用，可根据需要在石墨烯表面上形成附加材料。然而，石墨烯是化学稳定的，因此不会引起化学反应。因此，在表面上形成附加材料的改性技术受到限制。因此，需要用于石墨烯表面改性的新方案。
在本发明中，通过使用石墨烯的化学反应透明度对石墨烯表面进行催化化学反应，可以提供在石墨烯表面上进行能够产生所需材料的催化反应的方法。
此外，在本发明中，通过将石墨烯转移到电极的期望的基板表面等上，从而保持基板表面转移电子的能力，同时抑制例如由氧化导致的基板表面的失活。此外，可以通过石墨烯获得电导率，同时保持基板转移电子的能力。
石墨烯的晶体结构是指通过sp2键在二维方向上拉伸的六边形排列中的键，即其中三个键连接到一个顶点的原子结构。因此，形成了广泛铺展的蜂窝状晶格中的二维晶体和六边形中的孔隙，这就是为什么石墨烯以单原子厚的薄膜存在的原因。这就是石墨烯形成可以以稳定分子结构存在的最薄层的原因。同样，作为具有单原子厚和孔隙的薄膜，石墨烯是非常透明的。
在本发明中，具有单原子厚和孔隙的石墨烯不会在位于石墨烯下方的材料的影响下阻碍位于石墨烯上方的材料的化学反应，从而允许进行所需的化学反应。本发明还发现，通过使用这种化学反应透明度，可以在石墨烯表面上产生具有所需的晶态有序的所需材料。换句话说，在本发明中，由于催化化学反应可以在基板上第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处，所述基板包括：下部第一层，其包含催化剂；以及上部第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，可以进行应用石墨烯的这种化学透明度的催化反应，并且可以改性石墨烯表面。此外，石墨烯的化学透明度可以用于电极、传感器、细胞培养基板等。本发明基于此。
使用石墨烯的化学透明度进行催化反应的本发明的方法可以通过在基板上在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处进行催化化学反应来实现，所述基板包括：第一层，其包含催化剂；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯。
作为进行催化反应的方面，催化剂在第一层上形成催化剂图案，沿着催化剂图案在石墨烯上进行催化化学反应，从而沿着催化剂图案产生化学反应的产物。
“催化剂”增加了热力学上可能的化学反应达到平衡的速率，并且不被反应本身消耗。
难以根据一个原理对催化剂的类型进行分类。催化剂的分类方法可以包括根据能源(光催化剂、电催化剂等)的分类、根据催化材料(金属催化剂、金属氧化物催化剂等)的分类、根据催化剂功能(氧化催化剂、聚合催化剂、氢化催化剂等)的分类等。
在本发明中，催化剂可以是光催化剂、电催化剂或电极活性材料。
“光催化剂”是作为半导体吸收光并促进氧化还原反应的催化剂。可用作光催化剂的材料是TiO2(锐钛矿)、TiO2(金红石)、ZnO、CdS、ZrO2、SnO2、V2O2、WO3等；钙钛矿型复合金属氧化物(SrTiO3)等；然而，优选地，可用于实际催化反应的半导体材料是光学活性的并且没有光学腐蚀。还优选地，半导体材料在生物学或化学上是无活性的，能够使用UV或可见光，并且在经济方面是便宜的。当将特定区域中的能量施加到半导体时，电子从价带激发到导带。在导带中形成电子(e-)，并且在价带中形成空穴(h+)。这些电子和空穴通过强烈的氧化或还原引起各种反应，例如有害材料的分解。
“电催化剂”是通过电化学效应促进催化反应的催化剂。其实例为半导体制造技术例如CVD(化学气相沉积)，即一种使用涂覆有薄氧化钌膜的催化剂制造氯化物的工艺等。
“活性电极材料”或“电极活性材料”是提供或改善电极功能的材料。例如，双层电容器电极的活性电极材料包括具有高孔隙率的颗粒。活性电极材料的非限制性实例是活性炭、碳纳米管(CNT)、气相生长碳纤维(VDCF)、碳气凝胶、通过碳化烃或氟化烃聚合物生产的碳纳米纤维(CNF)、石墨、金属、金属氧化物、合金或其组合。此外，作为锂二次电池中的活性电极材料，存在用于阴极的阴极活性材料和用于阳极的阳极活性材料。代表性的阴极活性材料是LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiMn2O4和LiFePO4，阳极活性材料可以是锂金属或可以嵌入或脱嵌锂离子的材料。
在本发明中，催化剂可以是金属、准金属、半导体、金属氧化物或者准金属的氧化物。
在本发明中，催化剂可以作为化学反应中的还原剂。换句话说，本发明中的催化剂可以用作电子给体。因此，本发明的催化剂允许以离子形式的金属以金属纳米颗粒的形式沉淀，或者作为种子自身发挥功能，从而在催化剂表面上连续地形成相同的材料以形成杆的形式的结构。
在本发明中，催化剂可用作氢化、脱氢、脱氢环化、脱水、水合、异构化、分解、氢解、烷基化、聚合、氧化、氨氧化、氧化氯化和歧化中的任一种反应的催化剂。
催化剂的种类和可以使用这些催化剂的反应的实例总结在下表1中。
[表1]
在本发明的示例性实施方式中，使用Ge、Al、SiO2、Si、GaAs、Cu或ZnO作为催化剂。
在本发明中，第二层抑制催化剂的失活。在本发明中，第二层作为包含石墨烯的层，位于包含催化剂的第一层上，其中它可以抑制催化剂的失活。
通常，金属催化剂通过中毒、结垢、烧结氧化等而失活。
中毒是指产物或其它杂质被强烈吸附到作为降低催化剂活性的反应的活性点的金属表面上的现象。这些化学材料的实例是VA族(N、P、As和Pb)、VIA族(O、S、Se和Te)、有害重金属和离子(Pb、Hg、Bi、Zn、Cd、Cu、Fe等)、具有不饱和电子结构(CO、NO和苯)的分子等。
结垢是碳等积聚在金属表面或孔隙中的物理现象，从而降低催化剂的活性，并且累积的碳可以通过蒸汽等在高温下燃烧，并且金属可以再生。根据反应条件，累积的碳可以以各种形式如碳化物、聚合物和石墨形成。在这方面，失活形式可以变化。
烧结是指小金属结晶或原子移动的现象，因此催化剂金属颗粒的尺寸增加，从而减少金属的表面积。例如，用于汽车废气净化的催化剂通过在50000英里行驶期间的烧结而损失初始反应活性的95％。烧结程度根据温度、金属类型及其载体和气氛而有明显的变化，并且根据微晶迁移和原子迁移来解释烧结机制。
此外，存在催化剂金属变成挥发性材料的情况，例如特定的羰基化合物、氧化物、硫化物和卤化物，并且在包括CO、NO、氢、H2S、卤素等的反应条件下被消耗，从而降低反应活性。其实例为在一氧化碳气氛中形成羰基镍或羰基铁；在室温、850℃以上和550℃以上的温度下分别形成RuO3、PbO、MoS2等。
在本发明中，使用石墨烯的化学反应透明度制备表面改性的石墨烯的方法可以包括在基板中第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处进行催化化学反应，所述基板包括第一层，其包含催化剂；以及第二层；其包含在第一层上形成的石墨烯。
作为制备表面改性的石墨烯的方法的一个方面，能够提供使用上述催化剂形成催化剂图案的方法，在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处进行催化化学反应，从而沿催化剂图案制备表面改性的石墨烯。
本发明的表面改性的石墨烯的制备方法的一个方面，如图1和图2中所示，可以包括在包含催化剂的第一层(1)上转移包含石墨烯的第二层(2)(步骤1)；和使能够与催化剂反应的材料与所转移的包含石墨烯的第二层(2)接触，以在石墨烯层的表面上形成产物(3)(步骤2)。
可以使用常规的石墨烯转移方法进行石墨烯转移。作为代表性实例，存在将聚合物用于石墨烯载体、放热带或辊的转移方法；使用静电的方法；电化学层合法等。
在本发明中，作为石墨烯转移方法，可以优选地使用将聚合物用于石墨烯载体的转移方法。
优选地，步骤1可以包括以下步骤：
在基板上配置石墨烯以获得包含石墨烯的第二层(步骤a)；
在包含石墨烯的第二层上涂覆用于石墨烯载体的聚合物(步骤b)；
从基板分离聚合物涂覆的包含石墨烯的第二层(步骤c)；
在包含催化剂的第一层的表面上转移聚合物涂覆的包含石墨烯的第二层(步骤d)；以及
从转移的石墨烯第二层去除聚合物(步骤e)。
在本发明中，可以使用任何基板，只要它是能够形成包含石墨烯的第二层的平坦支撑件即可。具体地，基板可以是过渡金属箔或其中在由硅、氧化硅或其组合组成的层上沉积过渡金属层的基板，但不限于此。过渡金属箔可以包括能够吸附碳并诱导石墨烯形成的过渡金属，例如Cu、Ni和Pt。
在本发明中，在步骤a中，优选地将包含石墨烯的第二层层叠为单原子层。当包含石墨烯的第二层被层叠为单原子层时，其可以具有单原子厚度。
在本发明中，可以使用化学气相沉积来进行石墨烯的配置，但不限于此。
化学气相沉积允许石墨烯的大规模生长和批量生产。使用石墨烯合成催化剂合成石墨烯的方法中，过渡金属能够在高温下形成碳或合金，或对碳具有优异的吸附性。具体地，可以将过渡金属层(例如Cu、Ni或Pt层)，即碳吸附好的石墨烯合成催化剂层，或在SiO2/Si基板上沉积过渡金属层作为石墨烯合成催化剂层的层用作基板。碳与石墨烯合成催化剂层反应，使得在甲烷、氢气等的混合气体气氛中，在1000℃的高温下，将适量的碳溶解或吸附到催化剂层上。然后通过冷却，使包含在石墨烯合成催化剂层中的碳原子在表面上结晶，从而形成石墨烯晶体结构，以形成包含石墨烯的第二层。通过去除石墨烯合成催化剂层，将合成的包含石墨烯的第二层与基板分离，并且可以根据用途的期望目的而使用。
在本发明中，用于石墨烯载体的聚合物可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其组合，但不限于此。
在本发明中，步骤b的涂覆可以用旋涂或滴涂进行。
在本发明中，步骤c可以通过蚀刻基板来进行。具体地，在基板是铜箔的情况下，可以使用铜蚀刻溶液来蚀刻基板。可以使用市售的铜蚀刻溶液。
在本发明中，步骤e可以通过将用于石墨烯载体的聚合物溶解来进行。具体地，通过用溶剂(例如丙酮等)溶解用于石墨烯载体的聚合物，可以从石墨烯层去除聚合物。
在本发明中，附加支撑层可以是第一层。
在本发明中，支撑层可以由不参与第一层由催化剂的化学反应的材料构成，或者支撑层可以是金属(实施例5)。
作为本发明的一个方面，如图3中所示，可以提供分层结构，包括：第一层，其包含催化剂(材料A)，第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯；以及产品(材料B)，其通过催化反应形成在第二层上(图3)。
作为本发明的另一方面，如图4中所示，可以提供分层结构，包括：支撑层；第一层，其包含在支撑层上形成的催化剂；第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯；以及催化反应的产物，其形成在包含石墨烯的第二层上(图4)。
具体地，图4中所示的分层结构可以包括：支撑层(SiO2/Si)，在支撑层上包含图案化催化剂(ZnO)的第一层，在第一层上形成的包含石墨烯的第二层，以及形成在包含石墨烯的第二层上的催化反应的产物(ZnO)。通过使用由不参与催化反应的材料构成的支撑层，图4中所示的分层结构仅在包含石墨烯的第二层的区域处产生催化反应的产物，其对应于第一层的催化剂图案，从而形成以与第一层相同的图案的催化反应的产物。
同时，本发明人发现，根据其金属氧化态，金属氧化物诱导或改变与其相邻的石墨烯上的相互作用(例如聚合物吸附)。例如，本发明人发现，在石墨烯下方的铜表面的氧化态在将PMMA与石墨烯结合上起重要作用。换句话说，氧化铜，特别是CuII，可以根据其氧化态诱导聚合物吸附。CuI对石墨烯的表面能的影响很小。此外，本发明人发现，石墨烯下方的含金属层的氧化态可以控制石墨烯的上部表面能。因此，为了用聚合物改性石墨烯，考虑到含金属层上的上部石墨烯薄层的表面能根据其氧化态变化，特别是表面能的增加，可以确定含有能够诱导或改变石墨烯与相应聚合物之间的相互作用的金属的层的金属氧化态。
此外，本发明可以提供使用石墨烯的化学反应透明度的电极。电极包括：第一层，其包含电极活性材料；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，可以通过电极活性材料在第二层的石墨烯位于电极活性材料上的区域处进行氧化还原反应。
此外，本发明人可以提供包括电极的电池。电池可以是原电池、二次电池、超级电容器、燃料电池和太阳能电池中的任一个。
当金属暴露于包括空气和水在内的大气环境中时，在金属表面上形成氧化物层或金属氢氧化物。也可以在其上形成金属氯化物。如上所述，在大气环境中在金属表面上天然形成的薄金属氧化物或金属氢氧化物层防止金属表面的进一步的氧化或腐蚀。然而，由于层非常薄，基本上弱，裂纹可能导致更深的腐蚀。
由于大多数金属氧化物或金属氢氧化物是非导体或半导体，它们的导电性差。因此，当使用金属作为电极时，它们成为增加接触电阻的因素。当使用金属作为电极时，金属氧化物或金属氢氧化物层成为发生电子转移散射的区域和不能保持电子自旋特性的因素。
使用金属作为电极的许多电子装置使用金作为电极，因为金几乎不形成氧化物层或氢氧化物层，或者使用金属而在工艺中不将金属暴露于空气或水。然而，这些方法在成本和应用方面都伴随着许多限制。
因此，如果根据本发明在金属表面上形成石墨烯，则石墨烯不仅用作能够防止金属的氧化和腐蚀的层，而且还降低金属的接触电阻并保持电子的自旋特性，从而提高对电子装置的适用性。
例如，作为磁性金属的镍可以用作将电子的磁特性应用于电子装置的自旋电子装置的电极。镍表面上的氧化镍和氢氧化镍阻碍使用镍作为电极元件。然而，通过在金属表面上形成石墨烯，石墨烯不仅可以作为解决该问题的保护层，而且可以通过石墨烯的化学透明度帮助镍作为电极起作用。
原电池是指一次性使用后必须丢弃的一次性电池，因为电池内的电化学反应是不可逆的。与可再充电和再使用的二次电池相反，原电池不可能通过向电池内部施加电流来逆转放电期间发生的化学反应。即使施加反向电流，化学反应物(例如锂电池中的原子例如锂)也不会返回到其原始位置。因此，电池的容量将不会恢复。当阴极或阳极或两者都被废弃时，原电池死亡。
二次电池或二次电池是指可再充电电池或蓄电池的电池类型。它包含至少一个电化学电池，并且是用于电化学能量存储的能量蓄能器的形式。由于其中发生的电化学反应是电可逆的，所以称为二次电池。二次电池具有各种尺寸和形式，从硬币电池到连接用于稳定配电网络的兆瓦***。广泛使用包括铅酸、NiCd、NiMH、Li-离子和锂离子聚合物的化合物的各种不同组合。此外，二次电池的另一示例是氧化还原液流电池。氧化还原液流电池的非限制性实例可以包括具有作为阴极电解质的V(IV)/V(V)氧化还原对和作为阳极电解质的V(II)/V(III)氧化还原对的全钒氧化还原液流电池；具有作为阴极电解质的卤素氧化还原对和作为阳极电解质的V(II)/V(III)氧化还原对的钒氧化还原液流电池；具有作为阴极电解质的卤素氧化还原对和作为阳极电解质的硫化物氧化还原对的多硫化物溴氧化还原液流电池；以及具有作为阴极电解质的卤素氧化还原对和作为阳极电解质的锌氧化还原对的Zn-Br氧化还原液流电池。
超级电容器或超级电容器也称为双电层电容器，并且可以是通用术语，指电化学电容器。与具有高电容值的纳米级介质电容器相反，超级电容器不包括传统的固体电介质。电化学电容器的电容值基于两种存储原理来确定，即双层电容和伪电容不可分割地有助于总电容。超级电容器由两个被离子渗透膜(即隔膜)隔开的电极和电连接两个电极的电解质构成。当通过施加电压来极化电极时，电解质内的离子产生与电极相反极性的电双层。例如，正极化电极随着吸附在电极/电解质界面上的负电荷层上的阳离子的电荷平衡层而获得阴离子层。在将电极负极化的情况下，发生相反的现象。
燃料电池是通过使氧化剂和燃料进行电化学反应而产生电能的装置。只要连续供应燃料，电化学反应就可以连续产生能量。其它电池将电能化学存储在封闭***中，而燃料电池通过消耗燃料而产生电力。此外，其它电池的电极根据其充电/放电状态通过反应而改变，但是燃料电池的电极用作催化剂，因此是相对稳定的。可以使用各种材料作为燃料和氧化剂。氢燃料电池使用氢气作为燃料和氧气作为氧化剂。此外，可以使用烃、醇等作为燃料，可以使用空气、氯化物、二氧化氯等作为氧化剂。
太阳能电池或光电池是指能够将太阳能转化为电能的装置。当具有大于带隙能量的能量的光在具有PN结面的半导体结中照射时，形成电子和空穴。在接合区域中产生的内部电场分别将这样形成的电子和空穴移动到N型半导体和P型半导体，以产生电动势。每个连接到N型和P型半导体的电极成为阳极和阴极，能够应用直流电。作为太阳能电池半导体的材料，不仅使用硅，而且还使用砷化镓、碲化镉、硫化镉、磷化铟或其络合物，但通常使用硅。
电池或电容器的电极可以是薄膜涂层的形式，其包括施加并电连接到导电金属集流体的电极活性材料。优选地，电极不仅具有优异的导电性，而且具有长期的化学惰性、高耐腐蚀性以及每单位体积和质量的高表面积。首选重要的是，电极可以提供大的电极表面积以获得优异的性能。因此，可以使用特别具有高比表面积的多孔和海绵状材料例如活性炭。例如，通过使用粒径小的粉末作为电极活性材料并将粉末涂覆于集电体以制成多孔电极的形式，可以迅速提高电极表面积。在具有包括接触电阻的低电子导电性的活性材料的情况下，在电池充电和放电期间电阻增加并产生电势分布，从而可能降低粉末活性材料的利用率。为了防止这种情况，可以添加碳材料等作为导电剂。此外，为了稳定地使用粉末，可以使用聚合物作为粘合剂(粘结剂)。
此外，本发明可以提供一种使用石墨烯的化学反应透明度的传感器。传感器可以包括：第一层，其包含催化剂；第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯；以及金属纳米颗粒，其通过在第二层的石墨烯位于催化剂上的区域处的催化化学反应形成。
在本发明中，石墨烯、通过催化化学反应形成的金属纳米颗粒可形成一种络合物，并且可以展现出石墨烯和金属的络合物的传感器效果。
在本发明中，传感器可以是气体传感器、葡萄糖传感器或表面等离子体共振(SPR)传感器，但不限于此。
“气体传感器”可以是检测特定气体成分并根据气体浓度将气体转换成合适的电信号的元件。由于使电子移动的通道非常薄(单层＝0.3nm)，因此石墨烯具有其它分子材料容易附着到石墨烯表面的特征，从而容易地改变费米能级。使用该特征，石墨烯作为化学分子气体传感器的应用是切实可行的。换句话说，根据附着在石墨烯表面的赋予或吸引电子的分子的特征，可以观察到与初始状态相比石墨烯的导电性的变化，即增加或减少。这使得能够生产确认分子气体存在的气体传感器(图7)。
具体地，气体传感器可以检测氢、H2S、丙酮、NH3、甲苯、戊烷、异戊二烯和NO中的至少一种，但不限于此，只要气体由石墨烯和金属的络合物检测即可。
“葡萄糖传感器”可以是检测葡萄糖的氧化还原反应并根据葡萄糖浓度将葡萄糖转化成合适的电信号的元件。大多数葡萄糖传感器基于葡萄糖氧化酶(GOD)。一般葡萄糖传感器的原理如下，传感器测量氢离子。
葡萄糖+GOD-FAD→葡萄糖酸内酯+GOD-FADH2
由于贵金属提供生物相容性和稳定化效果，其防止在还原过程中例如金属溶解的现象，因此基于该贵金属的葡萄糖传感器可以提供葡萄糖反应中的有效选择性和高灵敏度。此外，在使用贵金属纳米颗粒施加到石墨烯传感器的情况下，可以获得高生物相容性以及生物元素与电极的优异的相容性。具体地，在制备石墨烯-Au络合物和石墨烯-Pt络合物并使用该复合物作为生物传感器的情况下，可以制备表现出高灵敏度值的稳定的生物传感器。此外，在将钯纳米颗粒和石墨烯应用于葡萄糖传感器的情况下，敏感度水平可以为约31μA/mM·cm2，并且可以在0.1μM至1.0mM的葡萄糖浓度范围内显示高导电性。
“表面等离子体共振传感器”可以是使用表面等离子体共振来进行检测的传感器。
表面等离子体是在薄层金属的表面上发生的集体电荷密度振荡。如此产生的表面等离子体波是沿着金属-电介质界面传播的表面电磁波。作为呈现这种现象的金属，大多使用诸如金、铂、银、铜、铝等的金属，其容易通过外部刺激释放电子并具有负的介电常数。在上述金属中，通常使用表现出最尖的SPR峰的银和表现出优异的表面稳定性的金。
当将电场施加到具有不同介电常数的两种介质的界面即金属-电介质界面时，表面等离子体的激发通过在两个介质的界面处的电场的垂直分量的不连续性来诱导表面电荷，并且表面电荷的振荡表现为表面等离子体波。与自由空间中的电磁波相反，表面等离子体波是平行于入射平面振荡的波，并具有p偏振的偏振分量。因此，使用光学方法的表面等离子体的激发可以通过TM偏振电磁波进行。
TM偏振入射波在薄金属膜的界面处被全反射，并且消逝场指数地消散到薄金属膜中。然而，在薄膜的特定入射角度和厚度下，当具有平行于界面的方向的入射波的相位和沿着薄金属层-空气界面传播的表面等离子体波的相位相重合时，发生谐振。入射波的能量全部被吸收到薄金属层中，因此反射波消失。在与界面垂直的方向上的电场分布是指数的，并且在界面处最大，并且朝向薄金属层快速减小。这是表面等离子体共振。入射光的反射快速降低的角度称为表面等离子体共振角。
当薄金属表面层上的电介质的质量或结构分别增加或改变时，发生表面等离子体共振的表面等离子体共振角，即反射光最小化的角度改变，从而改变有效折射率。因此，通过使用能够通过光学方法测量材料的这种变化的SPR原理，可以由在薄金属表面层上合适的化学改性通过表面等离子体共振角的变化来检测生物化学反应，例如各种生化材料之间的选择性结合和选择性分离。因此，SPR传感器可以用作高灵敏度的生化传感器。在市售的BIAcore SPR传感器的情况下，电介质层的折射率变化0.001导致表面等离子体共振角改变0.10，这已知对应于每毫米单位表面积约1ng的质量变化。具有多层膜的样品的折射率、吸收系数和厚度的信息也可以通过使用菲涅尔方程的数值分析来获得。
此外，本发明可以提供一种包括该传感器的传感器芯片。优选传感器芯片是薄膜形式。
本发明可以提供一种使用石墨烯的化学反应透明度的细胞培养基板。所述细胞培养基底包括：第一层，其包含诱导细胞粘附或增殖的材料；以及第二层，其包含在第一层上形成的石墨烯，其中可在第二层的石墨烯位于诱导细胞粘附或增殖的材料上的区域处进行细胞的粘附或增殖，由诱导细胞粘附或增殖的材料进行诱导细胞粘附或增殖。
在本发明中，第一层可以用金属、生物相容性聚合物、生物可降解聚合物或其组合制造，但不限于此。本发明的细胞培养基板包括诱导细胞粘附或增殖的材料。即使第一层由金属制成，细胞也不与金属直接接触，因为包含石墨烯的第二层位于第一层上，从而通过诱导细胞粘附或增殖的材料在对细胞更适合的环境中诱导细胞生长。
可生物降解聚合物的非限制性实例是聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚乙二醇、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯、聚二噁烷酮等。不可生物降解聚合物的非限制性实例是聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯等
生物相容性聚合物可以是可生物降解的聚合物、不可生物降解的聚合物、其共聚物或混合有至少两种聚合物的共混物。换句话说，生物相容性聚合物可以是聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-共-乙醇酸)、聚乙二醇、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯、聚二噁烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或选自其共聚物中的至少一种，但不限于此。
在本发明中，诱导细胞粘附或增殖的材料可以是细胞外基质蛋白，包括层粘连蛋白、胶原、纤连蛋白等；聚-D/L-赖氨酸等，但不限于此。诱导细胞粘附或增殖的材料可以使特定细胞例如神经元和干细胞(例如胚胎干细胞、神经干细胞等)更容易粘附。
细胞培养通常通过向细胞培养容器中加入待用含有营养物、生长因子和细胞生长、以及增殖和分化所需的其它添加剂的培养基培养的细胞中在适当的温度、气氛和湿度下来进行。
本发明的细胞培养基底可以包括培养基。该培养基可以充分提供培养细菌、细胞、植物等所需的营养材料，并控制渗透压、pH等，从而促进细胞培养。由于介质的种类根据待培养细胞而不同，本发明的培养基不限于特定的培养基，因此可以使用市售的培养基或自制的培养基。
优选地，本发明的细胞培养基板可以位于具有壁的容器中，以容纳细胞和用于细胞培养的培养基，或者基板本身可以是容器的形式。例如，本发明的细胞培养基板可以通过形成包含诱导细胞粘附或增殖的材料的第一层；以及在第一层上形成的包含石墨烯的第二层，在容器的被壁围绕的底部上制备。
细胞培养基板可以是包括包含诱导细胞粘附或增殖的材料的第一层和形成在第一层本身上的第二层的基板，或涂覆有第一和第二层的基板。因此，可以使用由第一层和第二层构成的基板作为细胞培养基板，可以使用涂覆有第一层和第二层的另一基板作为细胞培养基板。在其上涂覆有第一层和第二层的另一基板的情况下，第一层和第二层可以施加到常规用于细胞培养的基板，例如培养皿、培养板、培养箱、培养袋、膜、纤维、微载体、珠粒等，或可用于细胞培养的其它基板或移植物，但不限于此。
本发明的细胞培养基板可以以任何形式存在，只要细胞可以在包括包含诱导细胞粘附或增殖的材料的第一层；以及在第一层上形成的包含石墨烯的第二层的基板的第二层表面上培养即可。例如，本发明的细胞培养基板本身可以是容器、移植物、或者容器或移植物的一部分。此外，本发明的细胞培养基板除了形式以外，不限于尺寸、形状、材料、颜色、体积等。
可以在根据本发明的细胞培养基板上培养的细胞的种类没有特别限制。具体地，本发明的细胞培养基板可广泛用于培养动物细胞，特别是贴壁细胞，例如成纤维细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、角膜细胞、软骨细胞、基质细胞、小肠上皮细胞、表皮角质形成细胞、成骨细胞、骨髓间充质细胞、胚胎干细胞、成体干细胞、神经干细胞、神经细胞、神经胶质细胞、肿瘤细胞等，也可用于培养浮游细胞，例如血细胞等。
此外，本发明的细胞培养基板可以用于细菌培养。细菌的非限制性实例包括球菌，包括球菌、双球菌、链球菌、葡萄球菌、八叠球菌和四分体；杆菌，包括球杆菌、双杆菌、栅栏(palisades)、链杆菌、梭形杆菌和逗号形杆菌(comma shaped bacillus)；螺旋菌，包括包柔氏螺旋菌、bibrio、螺旋菌(Spirochete)和Reptospirra；和其它细菌，包括幽门螺杆菌、弧菌、蛭弧菌和Corynebacteriaceae。
根据本发明的细胞培养基板还可以包括用于细胞培养的细胞培养材料，其涂覆在包括包含诱导细胞粘附或增殖的材料的第一层；以及在第一层上形成的包含石墨烯的第二层的基板的表面上。
涂覆细胞培养材料的方法的具体实例可以包括对根据本发明的包含第一和第二层的基板进行灭菌；将具有灭菌的第一层和第二层的基板浸泡在含有生物相容性材料的细胞培养基中，所述生物相容性材料例如参与细胞培养的蛋白质，例如血清或白蛋白等；生长因子和抗体等；并将基板孵育在二氧化碳培养箱中。
其上形成有第一和第二层的基板的灭菌可以通过本领域中的常规灭菌方法进行(步骤(a))。作为示例，可以通过在醇中浸泡一定时间，优选地在乙醇中浸泡至少1小时来进行灭菌，但不限于此。之后，步骤(a)可以还包括去除剩余的醇溶液，例如用磷酸盐缓冲盐水(PBS)洗涤至少两次，但不限于此。
涂覆在具有灭菌的第一和第二层的基板表面上的血清可以是胎牛血清(FBS)，但不限于此。此外，细胞培养基可以优选含有5至20重量％，更优选10重量％的量的血清，但不限于此。
优选地，细胞培养基可以包括诱导细胞运动的材料，例如诱导干细胞分化成特定细胞的材料、诱导上皮间质转化(EMT)的材料等。其具体实例可以包括有机化合物、聚合物、肽、蛋白质、多核苷酸、基因(例如DNA、RNA)等。例如，可以使用进一步添加了材料的培养基或包含通过培养包含血清的培养基中的特定细胞后去除细胞获得的培养细胞所分泌的材料的培养基，但不限于此。
具体地，由于诱导干细胞分化为特定细胞的材料根据干细胞的类型和分化的特定细胞的类型而变化，对材料没有限制，只要在本领域中已知诱导细胞分化即可。
同时，通过在CO2培养箱中培养具有第一和第二层的基板，可以将浸泡在细胞培养基中的具有第一和第二层的基板涂覆有用于细胞培养的材料。优选在培养箱中培养至少12小时，但不限于此。由于如此生产的细胞培养基板涂覆有用于细胞培养的材料，所以能够进行细胞的粘附培养，细胞培养基板可以有效地用于细胞培养。
此外，本发明可以提供一种移植物，包括：第一层，其包含诱导细胞粘附或增殖的材料；以及在根据本发明的第一层上形成的第二层，其包含石墨烯。
作为将受损区域从外部分离或使得移植细胞或分泌的治疗材料停留的载体，“移植物”是可以移植到人体或哺乳动物的材料。该移植物是组织工程载体，并且无限地包括金属、具有生物降解性的合成聚合物、天然材料和本领域中使用的其它各种材料。
即使在使用第一层金属材料的情况下，本发明的移植物具有在第一层上形成的包含石墨烯的第二层，使金属表面能够与体内细胞直接接触，并且具有通过诱导第一层细胞粘附或增殖的材料有效诱导的细胞粘附和增殖，因此可用于金属材料应用。
优选地，根据本发明的移植物可以在移植时通过消除刺激和/或不适而制备，并且用第一和第二层涂覆柔性基板以实现自由和自然的运动。
此外，为了改善细胞的粘附和生长，可以进一步用血清涂覆根据本发明的细胞培养基板的第二层。
在本发明中，移植物可用于骨或牙齿的再生，但不限于此。
在本发明中，移植物可以是一种移植物，其中能够诱导干细胞分化成特定细胞或细胞向特定方向运动的以有机化合物、聚合物、蛋白质、肽、DNA、RNA或多核苷酸形式的靶材料被涂覆在细胞培养基板的第二层上。
此外，本发明可以提供使用石墨烯的化学反应透明度进行化学反应的方法。
作为示例，本发明可以提供一种在下述条件下进行第一反应物和第二反应物的化学反应的方法，其中第一和第二反应物由表现出化学透明度的石墨烯分离，在第一和第二反应物之间通过电子和空穴的相互转移发生化学反应。
在本发明中，化学反应可以是氧化还原反应，但不限于此。
氧化还原反应或还原-氧化是原子的氧化态发生变化的化学反应。氧化和还原是相反的作用，当在一种材料中发生氧化时，在相反的材料上发生还原。氧化是指分子、原子或离子获得氧或“失去”氢或电子。还原是指分子、原子或离子失去氧或“获得”氢或电子。
在本发明中，在被石墨烯分离的条件下，第一反应物被氧化，第二反应物被还原，从而发生第一和第二反应物的化学反应。
此外，本发明可以提供使用石墨烯的化学反应透明度进行化学反应的装置。
作为示例，本发明可以提供一种装置，包括：第一装置，其由第一反应物形成第一产物；第二装置，其由第二反应物形成第二产物；以及石墨烯，其能够表现出化学透明度并分离第一和第二反应物，其中在由第一反应物产生第一产物时产生的电子或空穴通过石墨烯输送到第二反应物以产生第二产物。
该装置可以是电子装置，但不限于此，原因在于即使在不包括电极的装置中，也表现出石墨烯的化学反应透明度。
如前所述，本发明可以提供一种使用石墨烯的化学反应透明度的电子装置。电子装置是一种多层电子装置，包括：在两个电极层之间的至少一个有源层，其中表现出化学透明度的石墨烯的至少一层被***层之间。
***两层之间的石墨烯保持基板表面转移电子的能力，同时抑制基板表面的失活例如氧化，并且还作为保护层保持***石墨烯的每个层的功能和/或能力。
因此，根据需要，可以在具有包括两个电极的多层结构的电子装置(例如有机发光装置、太阳能电池、二次电池和电容器)、优选有机电子装置中的层之间***石墨烯，。例如，有机电致发光装置具有其中一个或多个有机层在阴极(电子注入电极)和阳极(空穴注入电极)之间的结构。作为有机层，除了发光层(EML)之外，还可以包含空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、电子传输层(ETL)、电子注入层(EIL)。考虑到发光层的发光特性，可以进一步添加电子阻挡层(EBL)或保持阻挡层(HBL)。可以在包括两个电极的有机层之间***至少一层石墨烯。
在这种情况下，优点在于，通过溶液工艺在有机电子装置中的表面被石墨烯保护的下层上形成上层。此外，可以在配置石墨烯之后执行涂覆和印刷工艺，并且显示器、电路、电池、传感器等的功能可以集成在柔性塑料基板上。
有机电子装置的非限制性实例是有机TFT、OLED、有机存储器、有机半导体、有机太阳能电池等。关于有机电子装置材料，可以用有机材料代替无机材料，例如诸如硅和GaAs的半导体；布线用金属；以及氧化硅膜和氮化物膜。使用具有碳的双键和单键交替的结构的共轭聚合物材料的导电聚合物展现出金属的性质，因此具有作为布线的潜能。在半导体的情况下，由于其材料和工艺的改进，可以使用诸如并五苯的小分子来制备具有至少1cm2/Vs迁移率的装置。此外，由于有机聚合物可用作各种聚合物绝缘膜，电子装置所需的布线、半导体、绝缘膜都可以构成为有机材料。可以在不使用现有半导体工艺中使用的真空装置的情况下制备有机电子装置。例如，可以通过喷墨印刷制备具有大面积的便宜的塑料电子部件。有机电子装置可以与可以部分着墨的材料组合应用于基于塑料的电子装置，而不是用有机材料代替所有装置。
同时，有机半导体材料输送具有高迁移率的特定电荷，根据该电荷，材料分子的官能团具有更好的电子接受性或空穴接受性。该材料可以根据传输电荷的类型分为电子传输型(n型)或空穴传输型(p型)。根据有机半导体材料所具有的固有材料特性，OLED的发光层主要使用具有良好发光特性的材料，并且使用具有优异的薄膜结晶度和分子间填充性能的材料作为有机TFT的有源层。此外，具有优异的光吸收性的材料能够用于制造有机太阳能电池。
有益效果
根据本发明，通过使用抑制氧扩散而不阻断电子传递的石墨烯，可以获得在石墨烯表面上通过催化反应制备所需材料的技术，以及使化学稳定并因此通常不会引起化学反应的石墨烯的表面改性的技术。此外，具有改性石墨烯的元件可以应用于显示器、半导体和能量工业。
附图说明
图1是使用根据本发明的石墨烯的化学反应透明度的表面改性的示意图。
图2是表示使用根据本发明的石墨烯的化学反应透明度进行表面改性的工艺的流程图。
图3是根据本发明的示例性实施方式的可以通过改性石墨烯表面的方法提供的层状结构的示意图，包括：第一层(材料A)，其包含各种催化剂；在第一层上形成的第二层，其包含石墨烯；以及产物(材料B)，其通过催化反应形成在第二层表面上。
图4是根据本发明的示例性实施方式的可以通过改性石墨烯表面的方法提供的层状结构的示意图，包括：支撑层；在支撑层上形成的第一层，其包含催化剂；在第一层上形成的第二层，其包含石墨烯；以及产物，其通过催化反应形成在第二层上。支撑层和催化剂分别为SiO2/Si和ZnO，并且形成ZnO纳米棒作为催化反应的产物。
图5是可以通过根据本发明的实施例1的石墨烯表面改性方法提供的层状结构的电子显微镜照片。在(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)中分别使用Ge、Al、在SiO2层上图案化的Al、Si、GaAs和Cu作为催化剂。
图6是可以通过根据本发明的实施例2的石墨烯表面改性方法提供的结构的电子显微镜照片。
图7是其中根据本发明的示例性实施方式制备石墨烯并在石墨烯表面上形成铂纳米颗粒的氢传感器，以及氢感测结果的图像。
图8示出了在其上转移石墨烯的玻璃上的细胞生长以及其上铺设聚赖氨酸并在其上转移石墨烯的玻璃上的细胞生长。
具体实施方式
在下文中，将参考示例性实施方式更详细地描述本发明。这些示例性实施方式仅用于说明性目的，而不应被解释为限制本发明的范围。
实施例1：使用化学反应透明度改性石墨烯表面
作为用于配置石墨烯的基板，制备0.25μm厚×6cm宽×6cm长的铜箔(46986，99.8％金属基，Alfa Aesar)。作为形成石墨烯层的方法，使用化学气相沉积(CVD)将石墨烯层配置在铜箔层的一侧。
为了转移，使用旋涂机(Midas System)，以2000rpm在室温下在配置的石墨烯层上旋涂了能够支撑石墨烯层的聚合物即聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)30秒。使用铜蚀刻溶液(Transene)溶解铜箔。将石墨烯转移到各种第一材料层上，通过用丙酮溶解去除PMMA(用于载体的聚合物)。对于第一材料层，使用了Ge、Al、在SiO2层上图案化的Al、Si、GaAs和Cu。
如上所述，转移到第一材料层上的石墨烯层的顶表面与0.1mM的HAuCl4水溶液即可以提取Au的条件下接触3分钟，然后从其中去除。换句话说，通过使用HAuCl4作为第二材料，形成第三材料层，即Au层。
作为通过电子显微镜研究改性的石墨烯表面的结果，在石墨烯表面上形成有第三材料层的Au纳米颗粒，如图5中所示。
实施例2：使用化学反应透明度改性石墨烯表面
作为用于配置石墨烯的基板，制备0.25μm厚×6cm宽×6cm长的铜箔(46986，99.8％金属基，Alfa Aesar)。作为形成石墨烯层的方法，使用化学气相沉积(CVD)将石墨烯层配置在铜箔层的一侧。
为了转移，使用旋涂机(Midas System)，以2000rpm在室温下在配置的石墨烯层上旋涂了能够支撑石墨烯层的聚合物即聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)30秒。使用铜蚀刻溶液(Transene)溶解铜箔。将石墨烯转移到在支撑层SiO2/Si上图案化的第一材料层ZnO上，如图4中所示，然后通过用丙酮溶解来去除用于支撑的聚合物PMMA。
如上所述，在第一材料层上转移的石墨烯层在2.5mM Zn(NH3)2和六亚甲基四胺(HMTA)溶液中，即ZnO纳米棒可以生长的条件下，在80℃下进行水热反应1小时。也就是说，使用Zn(NH3)2作为第二材料，形成纳米棒形式的ZnO层(第三材料层)。
通过电子显微镜研究改性的石墨烯表面的结果，在石墨烯表面上形成有ZnO纳米棒，如图6中所示。其中，生成的ZnO纳米棒具有与石墨烯下方的底部ZnO基板相匹配的原子排列，石墨烯的透明度使得外延材料能够生长。
实施例3：在元件表面上改性石墨烯表面
基于市售的石墨烯传感器装置作为需要石墨烯层的装置，测试了通过应用本发明的改性石墨烯表面的方法是否能够制造传感器装置。
结果如图7中所示，使用石墨烯透明度在石墨烯表面上形成铂纳米颗粒。证实了铂纳米颗粒将氢分子解离成氢原子，并向石墨烯表面提供电子，从而引起电流变化，从而可以将改性的石墨烯表面用作氢传感器。
实施例4：使用金纳米颗粒改性的石墨烯的表面等离子体共振(SPR)的传感器的制备
如实施例1中那样，使用石墨烯的透明度，在石墨烯表面上形成金纳米颗粒。金纳米颗粒以高密度在石墨烯表面上以相对一致的尺寸形成，并且可以用作透明SPR传感器。
实施例5：使用石墨烯透明度的细胞生长实验
细胞可以使用石墨烯的透明度在金属表面上生长。通常，金属表面不适于将细胞吸附在其上并在其上生长，因此进行改性工艺。在本发明的示例性实施方式中，聚赖氨酸作为使细胞能够良好地吸附到金属表面上的材料被官能化，并且石墨烯被转移，随后进行细胞培养实验。结果证实，使用石墨烯层作为中间层，在金属表面上生长细胞的同时维持金属的电子转移特性。
此外，在使用玻璃代替金属的情况下，可以使用石墨烯的透明度促进细胞生长。具体地，在玻璃上转移的石墨烯表面上和在其上铺设聚赖氨酸并转移石墨烯的玻璃上进行细胞生长实验。结果示于图8。如图8中所示，证实了在石墨烯下方铺设聚赖氨酸的基板上更促进细胞生长。

Claims (29)

1.一种使用石墨烯的化学透明度而在基板上进行催化反应的方法，其中所述基板包括：第一层，其包含催化剂；以及第二层，其包含在所述第一层上形成的石墨烯，所述方法包括：在所述第二层的、所述石墨烯位于所述催化剂上的区域处进行催化化学反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层形成催化剂图案，并且所述化学反应沿着所述催化剂图案在所述石墨烯上进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂是光催化剂、电催化剂或电极活性材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂是金属、准金属、半导体、金属氧化物或者准金属的氧化物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂作为所述化学反应中的还原剂
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂用作氢化、脱氢、脱氢环化、脱水、水合、异构化、分解、氢解、烷基化、聚合、氧化、氨氧化、氧化氯化和歧化当中的任一种反应中的催化剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层抑制所述催化剂的失活。
8.一种通过化学反应在基板上制备表面改性的石墨烯的方法，所述基板包括：第一层，其包含催化剂；以及第二层，其包含在所述第一层上形成的石墨烯，所述方法包括：
在所述第二层的、所述石墨烯位于所述催化剂上的区域处进行催化化学反应。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一层形成催化剂图案，并且所述催化化学反应在所述第二层的所述石墨烯位于所述催化剂上的区域处进行，从而制备沿着所述催化剂图案的所述表面改性的石墨烯。
10.一种电极，包括：第一层，其包含电极活性材料；以及第二层，其包含在所述第一层上形成的石墨烯，其中所述电极活性材料在所述第二层的、所述石墨烯位于所述电极活性材料上的区域处进行氧化还原反应。
11.一种电池，包括：根据权利要求10所述的电极。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，所述电池是原电池、二次电池、超级电容器、燃料电池和太阳电池中的任一种。
13.一种传感器，包括：
第一层，其包含催化剂；
第二层，其包含在所述第一层上形成的石墨烯；以及
金属纳米颗粒，其通过催化化学反应形成在所述第二层的、所述石墨烯位于所述催化剂上的区域处。
14.根据权利要求13所述的传感器，其中，所述传感器是气体传感器、葡萄糖传感器或表面等离子体共振(SPR)传感器。
15.根据权利要求14所述的传感器，其中，所述气体传感器检测氢、H2S、丙酮、NH3、甲苯、戊烷、异戊二烯和NO中的至少一种。
16.一种传感器芯片，包括：根据权利要求13所述的传感器。
17.根据权利要求16所述的传感器芯片，其中，所述传感器芯片是薄膜形式。
18.一种细胞培养基板，包括：
第一层，其包含诱导细胞粘附或增殖的材料；以及
第二层，其包含在所述第一层上形成的石墨烯，
其中所述诱导细胞粘附或增殖的材料在所述第二层的、所述石墨烯位于所述诱导细胞粘附或增殖的材料上的区域处进行细胞的粘附或增殖。
19.根据权利要求18所述的细胞培养基板，其中，所述第一层用金属制备。
20.根据权利要求18所述的细胞培养基板，其中，所述诱导细胞粘附或增殖的材料是层粘连蛋白、胶原、纤连蛋白、聚-D/L-赖氨酸或其组合。
21.一种移植物，包括：根据权利要求18所述的细胞培养基板。
22.根据权利要求21所述的移植物，其中，所述移植物用于骨或牙齿的再生。
23.根据权利要求21所述的移植物，其中，能够诱导干细胞分化成特定细胞或细胞向特定方向运动的以有机化合物、聚合物、蛋白质、肽、DNA、RNA或多核苷酸形式的主体材料被进一步涂覆在所述细胞培养基板的所述第二层上。
24.一种进行第一反应物和第二反应物的化学反应的方法，所述化学反应在第一反应物和第二反应物由表现出化学透明度的石墨烯分离的条件下进行，其中通过电子和空穴的相互转移而在第一和第二反应物之间发生化学反应。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述化学反应是氧化还原反应。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述第一反应物和第二反应物被石墨烯分离的条件下，所述第一反应物被氧化并且所述第二反应物被还原。
27.一种装置，包括：第一装置，其由第一反应物形成第一产物；第二装置，其由第二反应物形成第二产物；以及石墨烯，其能够表现出化学透明度并分离所述第一和第二反应物，其中在从所述第一反应物产生所述第一产物时产生的电子或空穴通过所述石墨烯输送到所述第二反应物以产生所述第二产物。
28.一种多层电子装置，包括：在两个电极层之间的至少一个有源层，其中表现出化学透明度的石墨烯的至少一层被***层之间。
29.根据权利要求28所述的电子装置，其中，当制备所述多层电子装置时，通过溶液工艺在表面被石墨烯保护的下层上形成上层。
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