石墨烯的p型和n型掺杂调控对于石墨烯基功能器件的构筑至关重要. 近年来，随着化学气相沉积（CVD）石墨烯技术的发展和广泛应用，CVD石墨烯掺杂技术及相应性能调控的研究也取得了极大进展. 本文主要介绍了近几年来石墨烯，特别是CVD生长石墨烯掺杂研究的发展，讨论了金属电极接触、气体小分子吸附、氧化性及还原性极性分子吸附及晶格掺杂等多种石墨烯掺杂的方法，同时介绍了近期出现的对双层石墨烯能带调控以及制造石墨烯p-n结的研究，展望了石墨烯掺杂对于其功能器件研究的作用和发展前景.

基于氧化石墨烯（GO）对荧光标记单链DNA探针的荧光猝灭效应以及双链特异性核酸酶（DSN）选择性切割DNA/RNA杂合结构中DNA单链的特性，本文建立了一种新型恒温信号放大方法用于microRNA（miRNA）的高灵敏度检测. 靶标miRNA首先与荧光DNA探针杂交，DSN能够特异性地将杂合双链中的DNA探针水解为碎片但不会降解miRNA，GO对酶切产生的寡核苷酸碎片吸附能力显著降低，使得荧光基团远离GO表面而不被猝灭. 释放出的miRNA可再次发生与荧光DNA探针杂交、DSN酶切等反应，如此反复，可实现恒温条件下一个miRNA分子与多个探针杂交、酶切、释放荧光基团的循环过程，最终体系的荧光信号得到显著放大，通过记录体系的荧光信号即可实现对靶标miRNA的灵敏检测.

通过微波辅助还原氧化石墨烯（GO）的方法，制备了多孔石墨烯材料（MWRGO），并对该材料的结构与性质进行了深入研究. 结果表明，微波辐射使得GO有效还原，还原产物具有多孔、不规则堆积的结构，其比表面积达461.6 m²/g，孔径主要分布在0.67 nm左右. 进一步的研究表明，MWRGO材料具有很好的气体储存性能. 在77 K一个大气压下，MWRGO可储存0.52 wt%的H₂，当压力增加到60 bar时，H₂储存量高达10.7 wt%；在273 K一个大气压下，其对CO₂的吸附量高达7.1 wt%.

纳米孔测序是有可能实现“$1，000 Genome”目标的技术之一. 近年来，研究较多的纳米孔有蛋白质纳米孔和硅基材料的固态纳米孔. 蛋白孔寿命比较短，而基于硅基底的固态纳米孔深度显著超过单链DNA相邻碱基的间距，所以，无法实现DNA的单个碱基的分辨. 作者用聚焦离子束先制造氮化硅基底，并在该基底上铺设石墨烯，再用聚焦电子束刻蚀石墨烯，获得直径10 nm以下的纳米孔，初步分析了DNA穿越纳米孔时产生的电信号及穿孔噪音，向单层石墨烯纳米孔测序DNA迈出了一步.

由于石墨烯材料独特的性质，其在锂离子电池材料方面显示出潜在的应用前景. 深入理解石墨烯材料的储锂行为，对于其在储能领域的应用具有极为重要的意义. 石墨烯材料作为负极材料具有与低温软炭材料类似的充放电特征. 无序度或比表面积高的热还原石墨烯材料具有相对更高的可逆储锂容量. 石墨烯材料中大量的微孔缺陷能够提高可逆储锂容量，但同时也会造成电压滞后及容量衰减. 石墨烯材料作为锂电池正极材料，其电化学性能主要来源于表面含氧官能团与锂离子在高电位下的可逆氧化还原反应，且不可逆容量较低. 利用石墨烯负极高容量与石墨烯正极高倍率放电的特性，可以设计出具有高能量密度的锂离子电容器和高比容量的石墨烯复合锂电池正极材料.

通过非共价键修饰方法制备了兼具良好生物相容性和导电性的磷脂1-棕榈酰-2-油酰甘油-3-磷酸钠-石墨烯（POPG-GP）纳米复合物，并利用TEM，FT-IR，UV-vis，zeta电位等对其形貌和结构进行了表征. 由于POPG-GP纳米复合材料在水溶液中呈现出较为明显的负电性，因此，可通过静电自组装方法将辣根过氧化物酶（HRP）进一步组装到POPG-GP修饰的玻碳（POPG-GP/GC）电极上，构筑HRP/POPG-GP/GC修饰电极. 电化学实验结果表明，POPG-GP纳米复合物能够有效实现HRP与修饰电极之间的直接电子转移. 此外，固载在修饰电极表面的HRP对底物H₂O₂还表现出良好的电催化活性. HRP/POPG-GP/GC修饰电极对H₂O₂的检测线性范围为3.5～210 μmol/L，最低检出限为1.17 μmol/L（S/N=3），灵敏度为356.6 mA·cm^-2·M^-1，K_m值为0.45 mmol/L.

石墨烯是sp²碳原子紧密堆积形成的二维原子晶体结构，因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注. 拉曼光谱是一种快速而又简洁的表征物质结构的方法. 主要综述了拉曼光谱技术在石墨烯结构表征中应用的一些最新进展. 首先，在系统分析石墨烯声子色散曲线的基础上介绍了石墨烯的典型拉曼特征（G’峰、G峰和D峰），讨论了G’峰、G峰和D峰在石墨烯层数的指认和石墨烯边缘与缺陷态分析中的应用；然后，通过对石墨烯拉曼G峰和G’峰的峰位、峰型以及强度的分析，讨论了石墨烯的层间堆垛方式、掺杂、基底、温度和应力等对石墨烯的电子能带结构的影响；最后，介绍了石墨烯中的二阶和频与倍频拉曼特征以及石墨烯的低频拉曼特征（剪切和层间呼吸振动模），并讨论了其对石墨烯结构的依赖性.

石墨烯由于具有奇异的电子性质而成为多个学科研究的热门材料，其在各个领域的潜在应用也逐渐被实现. 而石墨烯工业化应用的前提之一是大面积高质量石墨烯的合成. 在合成石墨烯的众多方法中，过渡金属表面化学气象沉积法（CVD）作为制备大面积高质量石墨烯的主要方法而被深入研究和广泛使用. 作为二维晶体的石墨烯，其生长过程应该遵循经典的晶体生长理论，因此本文从经典的晶体生长理论出发，结合密度泛函理论（DFT）对石墨烯CVD生长过程的具体计算，来介绍石墨烯的微观生长机制. 主要从三个方面系统地介绍了石墨烯的CVD生长机理：（1）石墨烯在金属催化剂表面的成核过程，包括二维碳团簇在金属平台和台阶附近的成核过程和成核速率，并据此提出石墨烯在成核生长过程中的种子生长法.（2）经典的Wulff构造理论在石墨烯CVD生长中的应用，通过研究不同石墨烯边界结构在金属表面的稳定性和边界能来获得不同催化剂金属表面石墨烯晶粒的平衡态形状或能量最低结构.（3）动力学Wulff构造理论在石墨烯生长中的应用，通过研究金属原子钝化石墨烯边的稳定结构和不同边界的生长过程来研究石墨烯的生长动力学. 金属原子钝化的扶手型（armchair，AC）石墨烯边界的存在大大地降低了碳原子加入到边界形成六元环所需要克服的势垒，导致了AC石墨烯边界的生长速度较快最后消失，而留下生长较慢的锯齿型（zigzag，ZZ）石墨烯边界. 以上在原子尺度上对石墨烯CVD生长过程中成核和连续生长过程的微观机制研究对实验上生长大面积高质量的石墨烯材料提供了有价值的理论参考.

石墨烯因其优异而独特的性能，自发现以来便受到了广泛的关注. 为了实现石墨烯的进一步应用，可控制备大面积、高质量的石墨烯便成为研究人员需要首先攻克的难题. 利用传统方法在金属基底上催化生长的石墨烯，需要先转移到介电层上才能进行后续的器件构筑. 与之相比，介电层表面上直接生长石墨烯后，就可直接利用目前的硅加工工艺制备器件，从而避免因转移而引起的污染、破损，进而有望得到高质量、无污染的石墨烯样品. 介绍了近年来介电层上直接生长石墨烯的研究进展，其中包括在各种传统介电层材料和新型六方氮化硼薄膜上制备石墨烯的各种方法.总结展望了介电层表面石墨烯制备的主要挑战及发展方向.

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料，具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率，以及优异的机械力学性能. 石墨烯还具有电化学窗口宽，电化学稳定性好，电荷传递电阻小，电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性. 化学修饰石墨烯，特别是氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO），可以被宏量、廉价地制备出来. 它们具有可加工性能，可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料. 因此，石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料. 例如，GO是一种化学修饰石墨烯，也是石墨烯的重要前驱体；其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶，从而能实现酶电极的生物检测. 在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能. 但是，GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构，降低了其电学性能并限制了其实际应用. GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO，从而能部分修复其共轭结构，提高其导电性与传感性能. 另一方面，石墨烯是一种零带隙材料；原子掺杂可以调控其能带结构，提高其电催化性能. 石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能，提高其电催化活性和电化学选择性. 本文综述了本征石墨烯（包括GO，rGO和掺杂石墨烯）以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展，并对该研究领域进行了展望.

石墨烯是由sp²杂化碳原子组成的具有蜂窝状结构的二维原子晶体. 石墨烯的共价化学修饰是石墨烯研究领域的一个新的热点，也是石墨烯材料的表面改性和能带调控、以及合成新型二维石墨烯衍生物的重要途径. 完整的二维蜂窝结构和离域大p键使得石墨烯的化学性质非常稳定，难以通过常规的化学反应获得高效的表面修饰，这是石墨烯共价化学的主要挑战. 近年来，我们发展了一系列基于光化学原理的石墨烯共价修饰方法，利用光化学过程产生的活性自由基实现了石墨烯的高效共价加成和氧化反应，为石墨烯的光化学能带工程奠定了理论和实验基础. 本文将以这些研究成果为主线，系统地阐述石墨烯的光化学修饰方法及其二维反应特性，并对该领域的未来发展趋势和所面临的挑战进行简要的展望.

石墨烯属于碳纳米材料家族中的一员，是一种单层的二维原子晶体，具有高硬度、高导热性、高载流子迁移率等诸多优良特性，被认为是新一代电子学器件的重要基础材料. 近年来我们课题组利用石墨烯的这些优良特性在其表界面化学修饰及其功能调控方面开展了一系列研究工作. 我们对石墨烯表界面进行了共价或非共价化学修饰，在一定程度上打开了石墨烯的带隙，并发展了具有传感功能的石墨烯器件. 我们还制备了基于石墨烯的纳米电极，发展了新一代分子电子器件的普适性制备方法，实现了单分子器件的功能化. 展望未来，以石墨烯为代表的碳基纳米材料将继续在纳电子器件研究领域发挥重要作用.

采用全原子分子动力学模拟方法研究了纤连蛋白（FN）在金红石表面、23%石墨烯覆盖率的金红石表面、92%石墨烯覆盖率的金红石表面、石墨表面的吸附行为. 模拟结果表明：FN在金红石表面吸附不稳定. 通过石墨烯修饰二氧化钛表面可降低金红石表面的亲水性；当表面含有石墨烯层时，FN都将稳定地吸附在表面上. 在23%石墨烯覆盖率的金红石表面上，FN的特异性识别位点朝向溶液而有利于整合素识别. DSSP分析结果显示在40 ns的分子动力学模拟过程中，FN的七个β-折叠结构在所有体系中均没有发生太大变化. 由于有石墨烯层存在，表面附近水分子层密度减小. FN的表面吸附能随着表面石墨烯覆盖率的增加而增大. 石墨烯修饰能加强二氧化钛表面对蛋白质的吸附. 本工作可以为移植体修饰生物材料设计与开发提供参考.