功能化石墨烯復(fù)合材料在電化學(xué)傳感器中的研究與應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是一種厚度只有一個(gè)碳原子的單層石墨，由sp2雜化的碳原子緊密堆積而成，原子與原子之間以共價(jià)鍵相連接。由于石墨烯具有許多優(yōu)良的性能，如超高的比表面積、優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性、良好的導(dǎo)電性、卓越的機(jī)械強(qiáng)度等，因此自發(fā)現(xiàn)以來受到了極大的關(guān)注，同時(shí)以石墨烯為基礎(chǔ)制備的復(fù)合材料迅速成為光學(xué)、電學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、傳感器、儲(chǔ)能等諸多領(lǐng)域的理想功能材料。然而石墨烯的化學(xué)穩(wěn)定性高，表面呈惰性狀態(tài)，同時(shí)石墨烯的片與片之間有較強(qiáng)的范德華力和靜電力，很容易發(fā)生

2、團(tuán)聚。為了防止石墨烯的團(tuán)聚，就需要對(duì)石墨烯進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻婀δ芑幚?，制備出性能更為?yōu)異的功能化石墨烯納米復(fù)合材料。本論文中，主要以氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過化學(xué)修飾的方法制備了基于石墨烯的納米復(fù)合材料，并對(duì)其相關(guān)的性能進(jìn)行了表征，同時(shí)對(duì)功能化的石墨烯納米復(fù)合材料在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用開展了較為詳細(xì)的研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)石墨烯-金納米復(fù)合材料用于鄰苯二酚與對(duì)苯二酚的同時(shí)檢測
　　 首先，利用一步合成法制備了

3、石墨烯-金納米復(fù)合材料。硼氫化鈉作為還原劑可以同時(shí)還原氧化石墨烯和氯金酸，并且還原得到的金納米顆粒均勻地分散在石墨烯片上，金納米顆粒以及石墨烯片與片之間均沒有發(fā)生團(tuán)聚。然后，通過透射電鏡、X射線粉末衍射、交流阻抗以及循環(huán)伏安法等方法對(duì)功能化石墨烯材料的形貌特征、結(jié)構(gòu)組成以及電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，并嘗試?yán)眠@種功能材料探索同時(shí)檢測鄰苯二酚和對(duì)苯二酚的可能性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用石墨烯-金納米復(fù)合材料修飾玻碳電極之后，鄰苯二酚、對(duì)苯二酚在修飾電極

4、上顯示出兩對(duì)可逆性較好的氧化還原峰，并且峰電流顯著增加，這說明基于金納米顆粒修飾的石墨烯材料對(duì)兩種異構(gòu)體有很好的催化作用以及快速的電子轉(zhuǎn)移能力。由于兩種苯二酚異構(gòu)體在修飾電極上的峰電位相差比較大，因此可以實(shí)現(xiàn)兩種異構(gòu)體的同時(shí)檢測，并且互不干擾。該修飾電極在鄰苯二酚、對(duì)苯二酚的濃度范圍為1-100μmol/L時(shí)表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，檢測限可以達(dá)到2.0×10-7mol/L和1.5×10-7mol/L(S/N=3)。并且在實(shí)際樣品的檢測中也

5、取得了較滿意的結(jié)果，表明該復(fù)合材料有望成為選擇性檢測環(huán)境污染物的良好電化學(xué)傳感器材料。
　　 (2)石墨烯-聚苯胺-金納米復(fù)合材料在亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用
　　 首先，以氧化石墨烯為前驅(qū)體，制備了聚苯胺修飾的氧化石墨烯復(fù)合材料，從而防止了石墨烯的團(tuán)聚。然后，用綠色無污染的電化學(xué)還原法將氧化石墨烯-聚苯胺材料還原為石墨烯-聚苯胺。最后，在石墨烯-聚苯胺復(fù)合材料的表面上修飾一層單分散、大小均勻的金納米顆粒（12nm左右

6、），并將其應(yīng)用于亞硝酸鹽的電化學(xué)檢測研究中。當(dāng)用石墨烯-聚苯胺-金納米復(fù)合材料修飾玻碳電極后，發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽在修飾電極上出現(xiàn)一個(gè)很明顯的氧化峰，并且相比其它普通修飾電極的峰電流明顯增大，其線性范圍可以達(dá)到0.1-200μmol/L，檢測限達(dá)到1.0×10-8mol/L，說明該復(fù)合材料對(duì)亞硝酸根的氧化起到了很好的電催化作用。除此之外，本文還研究了亞硝酸根在修飾電極上的反應(yīng)機(jī)理。這一系列的研究拓展了石墨烯復(fù)合材料在電化學(xué)檢測環(huán)境污染物方面的應(yīng)