功能化石墨烯復合材料在電化學傳感器中的研究與應用.pdf

1、石墨烯是一種厚度只有一個碳原子的單層石墨，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)異的熱傳導性、良好的導電性、卓越的機械強度等，因此自發(fā)現(xiàn)以來受到了極大的關注，同時以石墨烯為基礎制備的復合材料迅速成為光學、電學、生物醫(yī)學、催化、傳感器、儲能等諸多領域的理想功能材料。然而石墨烯的化學穩(wěn)定性高，表面呈惰性狀態(tài)，同時石墨烯的片與片之間有較強的范德華力和靜電力，很容易發(fā)生

2、團聚。為了防止石墨烯的團聚，就需要對石墨烯進行適當?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合材料。本論文中，主要以氧化石墨烯為前驅體，通過化學修飾的方法制備了基于石墨烯的納米復合材料，并對其相關的性能進行了表征，同時對功能化的石墨烯納米復合材料在電化學傳感器中的應用開展了較為詳細的研究。主要研究內容如下:
　　 (1)石墨烯-金納米復合材料用于鄰苯二酚與對苯二酚的同時檢測
　　 首先，利用一步合成法制備了

3、石墨烯-金納米復合材料。硼氫化鈉作為還原劑可以同時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)伏安法等方法對功能化石墨烯材料的形貌特征、結構組成以及電化學性質進行了表征，并嘗試利用這種功能材料探索同時檢測鄰苯二酚和對苯二酚的可能性。研究發(fā)現(xiàn)，當用石墨烯-金納米復合材料修飾玻碳電極之后，鄰苯二酚、對苯二酚在修飾電極

4、上顯示出兩對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兩種異構體有很好的催化作用以及快速的電子轉移能力。由于兩種苯二酚異構體在修飾電極上的峰電位相差比較大，因此可以實現(xiàn)兩種異構體的同時檢測，并且互不干擾。該修飾電極在鄰苯二酚、對苯二酚的濃度范圍為1-100μmol/L時表現(xiàn)出良好的線性關系，檢測限可以達到2.0×10-7mol/L和1.5×10-7mol/L(S/N=3)。并且在實際樣品的檢測中也

5、取得了較滿意的結果，表明該復合材料有望成為選擇性檢測環(huán)境污染物的良好電化學傳感器材料。
　　 (2)石墨烯-聚苯胺-金納米復合材料在亞硝酸鹽電化學傳感器中的應用
　　 首先，以氧化石墨烯為前驅體，制備了聚苯胺修飾的氧化石墨烯復合材料，從而防止了石墨烯的團聚。然后，用綠色無污染的電化學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、），并將其應用于亞硝酸鹽的電化學檢測研究中。當用石墨烯-聚苯胺-金納米復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，其線性范圍可以達到0.1-200μmol/L，檢測限達到1.0×10-8mol/L，說明該復合材料對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機理。這一系列的研究拓展了石墨烯復合材料在電化學檢測環(huán)境污染物方面的應