还原氧化石墨烯复合多孔碳材料的制备及电化学性能研究

通过交联及脱水控制,构筑了系列不同疏松度的氧化石墨烯/淀粉复合水凝胶(GO/AM)并利用火焰等离子体诱导燃烧、惰性气氛保护热分解等手段碳化合成了系列还原氧化石墨烯复合多孔碳材料(RGO-PC)。研究发现,GO不仅能够与AM在交联反应过程中实现均匀复合,而且在碳化过程中可诱导AM转化成多孔复合结构,并提高复合材料的导电性。同时,通过脱水控制可有效控制GO/AM-WG的疏松度,影响碳化后材料的结构特性。此外,通过火焰等离子体诱导碳化更利于材料形成多孔褶皱结构。结果表明,利用冷冻干燥和真空干燥获得的水凝胶碳化后的比电容分别是鼓风常压干燥的1.6倍和1.5倍;利用火焰等离子体诱导燃烧碳化后的比电容为惰性气氛保护热分解碳化的2.6倍左右。

金纳米粒子/氧化石墨烯复合膜电化学免疫传感器的构建及其对鲜肉中马波沙星的检测

该文构建了一种金纳米粒子/氧化石墨烯复合膜修饰玻碳电极的电化学免疫传感器,用于鲜肉中马波沙星残留的检测。用电沉积法在电极表面合成金纳米粒子/氧化石墨烯复合膜,然后通过电化学法还原复合膜中的氧化石墨烯,固载抗体。采用循环伏安法对电极的修饰过程进行表征。用差分脉冲伏安法优化传感器的电化学检测条件。在最优条件下,对马波沙星进行定量检测。响应峰值电流变化量与马波沙星在0.5~400 ng/mL浓度范围内呈线性关系,检测限为0.05 ng/mL。传感器对猪肉、鸡肉和牛肉样品的检测限分别为0.09、0.10、0.09μg/kg,添加回收率为82.81%~101.99%,检测结果与超高效液相色谱-串联质谱法基本一致。结果表明,所建立的电化学免疫传感器可用于实际样品中马波沙星残留的检测。

酪氨酸在电还原氧化石墨烯修饰电极上的电化学行为及其在食品中的测定

基于电还原氧化石墨烯修饰玻碳电极(ERGO/GCE)构建了一种灵敏的酪氨酸(Tyr)伏安传感器,研究了Tyr在该传感器上的电化学行为。在0.1 mol/L硫酸溶液中,与裸GCE相比,Tyr的氧化峰电流在ERGO/GCE上显著增加,表明ERGO对Tyr具有较强的电催化活性。对实验条件进行了优化,并对氧化机理进行了探讨。在最佳实验条件下,Tyr的校准曲线在0.2-100μmol/L范围内呈良好的线性关系(R^(2)=0.9989),检测限(LOD)为0.06μmol/L (S/N=3)。此外,ERGO/GCE对Tyr的测定具有良好的重现性、稳定性、选择性和较高的灵敏度,可应用于食品中Tyr的测定。

三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料的合成及电化学性能

本工作采用化学还原法对氧化石墨烯进行预还原,再将其与Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O、Co(NO_(3))_(2)·6H_(2)O混合进行水热反应,得到三维网络结构镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶复合材料,通过调节氧化石墨烯的量获得电化学性能最佳的镍钴氢氧化物/石墨烯水凝胶(NiCo-OH/GH_(100)),镍钴氢氧化物纳米片均匀分布在石墨烯表面。0.5 A/g电流密度下NiCo-OH/GH_(100)的比容量为590 F/g,电流密度增加到10 A/g时比容量保持率为76.1%,展现出较高的比容量和良好的倍率性能。组装的NiCo-OH/GH_(100)//碳纳米管复合氮掺杂石墨烯水凝胶(NCGH)非对称超级电容器(ASC)在20 A/g下充放电循环10 000次,比容量保持率达92.9%,功率密度为375 W/kg时的能量密度达23.9 Wh/kg。

氧化石墨烯复合α-MoO_(3)的制备以及电化学性能的研究

通过水热法制备了α-MoO_(3)纳米棒前驱体,再通过退火的方式制备出超长α-MoO_(3)纳米棒(10μm),采用超声法将α-MoO_(3)纳米棒锚定在氧化石墨烯(GO)纳米网之间,制备三明治结构的GO@MoO_(3)纳米材料,对其进行物相形貌分析和电化学测试。实验结果表明,根据恒电流充放电曲线,GO@MoO_(3)电极在1A/g时显示出高达370F/g的高比容量,远高于原始MoO_(3)电极214F/g的比容量;根据循环伏安曲线,与原始的MoO_(3)电极相比,GO@MoO_(3)电极表现出显著增强的比电容,在5、10、20、30、40和50mV/s下,比电容可分别高达805、594、479、430、394和355F/g)。

氧化石墨烯添加量对MoSe_(2)复合rGO电极材料电化学性能的影响

开发高性能超级电容器电极材料在促进可再生能源的有效利用上起着重要作用,本工作采用简单一步水热法合成超级电容器用MoSe_(2)-还原氧化石墨烯(rGO)复合电极材料(MoSe_(2)-rGO)。研究表明,氧化石墨烯(GO)添加量影响着复合材料的电化学性能,随着GO添加量增加,复合材料比电容呈现先增大后减小的趋势,GO添加量为30 mg的复合材料MoSe_(2)-rGO-30在1 A·g^(-1)条件下具有最佳比电容(558.2 F·g^(-1)),在功率密度为990 W·kg^(-1)时能量密度高达84.4 Wh·kg^(-1)。反应动力学揭示出扩散电容主导MoSe_(2)-rGO的电化学储能过程。Randles-Sevcik方程计算的MoSe_(2)-rGO-30离子扩散系数是纯MoSe_(2)离子扩散系数的6.2倍。MoSe_(2)与高导电性rGO的协同作用赋予MoSe_(2)-rGO复合材料优异的电化学性能,表明MoSe_(2)-rGO复合材料具有作为高性能超级电容器电极材料的潜力。

氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制

超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的电化学性能,采用静电组装法合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料(FA@MS/MO/GO),通过调节氧化石墨烯加入量优化其电化学性能,并研究了氧化石墨烯对于粉煤灰基硅酸锰/氧化锰电化学性能的影响机制,通过XRD、SEM、XPS、FTIR表征材料的形貌与结构,并采用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试对材料和器件性能进行测试。结果表明,优化后的FA@MS/MO/GO-2的电荷传输速率大幅提升,FA@MS/MO/GO-2在0.5 A/g电流密度下的比电容为737.4 F/g,高于未与氧化石墨烯复合的FA@MS/MO(293.4 F/g),电流密度由0.5 A/g升高至8.0 A/g,FA@MS/MO/GO-2容量保持率最好(67%),高于FA@MS/MO(44%)。FA@MS/MO/GO-2与商业活性炭分别为正负极组装为非对称超级电容器后,该器件能量密度达15.75 Wh/kg(功率密度375 W/kg),在5 A/g下循环10000次的容量保持率和库伦效率均可达100%,表明该电极材料拥有长期循环利用潜力,具有良好应用前景。

五氧化二铌-石墨烯复合负极材料的电化学性能研究

本文采用水热合成法制备Nb_(2)O_(5)掺杂石墨烯复合锂离子电池负极材料,Nb_(2)O_(5)与石墨烯的质量比为0:1、1:50、1:40、1:20、1:10。研究发现几种不同加入比例的复合材料均较纯石墨烯具有更低的阻抗性能,倍率循环和循环性能均得到明显改善。其中Nb_(2)O_(5):石墨烯=1:40时复合材料的电荷转移电阻最低,在小电流密度下循环50圈的放、充电容量为480、450mAh·g^(-1),库伦效率93.75%,有望成为广泛应用的电极材料。

纳米金/还原氧化石墨烯修饰的盐酸环丙沙星分子印迹电化学传感器

以吡咯和邻苯二胺为功能单体,以盐酸环丙沙星为模板,在纳米金和还原氧化石墨烯(AuNP/rGO)修饰的玻碳电极上,采用电化学方法制备分子印迹聚合物薄膜电化学传感器.利用扫描电镜对修饰电极表面形貌进行表征;电化学技术测试分子印迹传感器性能.研究了纳米金和还原氧化石墨烯用量对电极电化学性能的影响,并对传感器制备和测试条件进行了优化.在优化条件下,分子印迹传感器对盐酸环丙沙星具有宽的线性检测范围(1.0×10^(-8)~1.0×10^(-2)mol/L),低检测限(7.41×10^(-12)mol/L(S/N=3)),选择性高,稳定性好.此外,该传感器成功检测出了实际药品和牛奶样品中的盐酸环丙沙星.

β-环糊精/还原氧化石墨烯复合电极的制备及其在氟虫腈电化学传感中的应用

先通过循环伏安法(CV)将氧化石墨烯(GO)电还原沉积在玻碳电极(GCE)上,然后通过CV将β-环糊精聚合在电还原氧化石墨烯(ErGO)之上而得到β-环糊精/还原氧化石墨烯复合电极(β-CD/ErGO/GCE),用作氟虫腈(FIP)电化学传感器。采用扫描电镜(SEM)、CV、电化学阻抗谱(EIS)和差分脉冲伏安法(DPV)对复合电极的表面形貌和电化学性能进行表征和测试。结果表明,该复合电极的修饰层厚度可控,不易脱落,稳定性好。FIP与β-CD形成超分子包合物,能有效识别FIP,传感器选择性好。FIP在0.01~20μmol/L范围内与电极响应有良好的线性关系,检出限为0.0073μmol/L,灵敏度高。该传感器在低温保存30 d后的响应电流仅下降17.5%,稳定性好,在实际水样检测中的加标回收率为96%~104%。

硫化镍/还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学储能性能研究

通过水热法、火焰辅助微波法等控制氧化石墨烯(GO)的还原度,制备了一系列具有不同还原度的还原氧化石墨烯(RGO),并以这些RGO为前驱体,以六水氯化镍(NiCl_(2)·6H_(2)O)、2-巯基丙酸(C_(3)H_6O_(2)S)为镍源和硫源,通过水热法合成了系列硫化镍/RGO(NS/RGO)复合材料。通过粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和电化学工作站对材料的晶型结构、形貌特征及电化学储能性能进行了研究。结果表明:RGO的还原度高低不仅显著地影响了NS的晶型结构,而且改变了NS的形貌特征;利用超过140℃水热还原获得的RGO制得的NS/RGO复合材料中NS晶型以Ni_(3)S_(4)主,且形貌由棒状变成了球状;尤其,利用140℃还原获得的RGO制备的NS/RGO具有最强的电化学储能能力,比电容高达3331.6F/g。可为下一代新型电极活性材料的设计和构筑提供新思路。

超薄无序结构还原氧化石墨烯/锂金属复合箔材的制备及电化学性质

超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆,机械加工性较差,导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂;此外相比于较厚的锂金属负极,超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上”的策略制备10~50μm厚度可控的超薄还原氧化石墨烯/锂金属(rGO/Li)复合箔材,其结构由大量无序随机的rGO片层非平行排列并均匀分散在锂金属内。首先将还原氧化石墨烯(rGO)粉片与熔融锂金属在200℃下搅拌复合,获得微米级的还原氧化石墨烯/锂复合粉片,之后将复合粉片作为原材料进一步通过反复辊压制备出结构均匀、超薄的复合箔材,该方法具有一定的规模化潜力。不同于其他所报道的rGO层状薄膜结构,在复合箔材中rGO片层随机无序分散形成三维网络,有利于实现锂的均匀沉积/剥离。所制50μm超薄无序结构rGO/Li复合箔材负极在对称电池中以1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)条件在醚基电解液中可稳定循环1600 h以上,在与硫化聚丙烯腈(SPAN)正极组配全电池以0.2 C倍率循环220次后比容量高达~675 mAh g^(-1),优于使用同厚度纯锂负极的电池。

石墨烯纳米筛负载钴铁双金属层状氢氧化物的制备及其在重金属离子电化学传感中的应用

本文采用自组装-碳热造孔-刻蚀的方法将钴铁双金属层状氢氧化物(Co_(3)FeLDH)与石墨烯纳米筛(HG)复合,进而制备了基于Co_(3)FeLDH/HG复合材料的电化学传感器,用于同时检测水中Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)。由于HG的高比表面积、多孔性和良好的导电性,以及Co_(3)FeLDH阵列结构对重金属离子的强亲和性,所制备传感器表现出良好的分析性能。实验结果显示,Pb^(2+)与Cd^(2+)的峰电流与浓度在1~1500μg·L^(-1)、Zn^(2+)峰电流与浓度在5~1800μg·L^(-1)范围线性关系良好,方法对Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的检测限分别达2.41 nmol·L^(-1)、4.45 nmol·L^(-1)和15.38 nmol·L^(-1),大大低于世界卫生组织(WHO)允许的生活水中3μg·L^(-1)(27 nmol·L^(-1))、10μg·L^(-1)(48 nmol·L^(-1))和1 mg·L^(-1)(33 mmol·L^(-1))的阈值。所制备的电化学传感器具有良好的稳定性和重现性,在环境分析检测方面具有良好的应用前景。

氧化石墨烯和还原氧化石墨烯基电化学传感器在咖啡因检测中的应用

低浓度目标分析测定物对于制药、环保和食品等领域都很重要。咖啡因已被广泛用于饮料和药物中。其除了具有有益效果外,还有一定负面影响,因此,确定其在不同介质中的浓度非常重要。电化学传感器因其高效、快速,并且所需制备和测量条件相对简易而在各种分析技术中占据了特殊的位置。由于GO和RGO成本低、极性溶剂中溶解显著,电势范围宽,呈现电化学惰性,对咖啡因的反应性高,因而在咖啡因传感器中的应用越来越普遍。综述和讨论了近年GO和RGO基咖啡因电化学传感器的相关文献。

钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,钛酸四丁酯、一水合氢氧化锂、六水合硝酸钇为原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法合成前驱体,在N2气氛保护下高温煅烧合成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。采用SEM、XRD、EDS、Raman对复合材料进行了形貌、结构和成分表征。将复合材料用作锂离子电池负极材料,采用循环伏安法、恒流充放电循环法研究了其电化学性能。结果表明,片状钛酸锂包覆在氧化石墨烯片上形成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。在100 mA/g的电流密度下,钇掺杂量为8%(以钛酸锂的物质的量为基准,下同)的纳米复合材料的首次放电比容量为145.5mA·h/g,经过100圈充放电循环后容量衰减几乎为0,经过200圈循环后容量衰减1.59%,经过300圈循环后容量衰减3.24%,与目前容量保持率只有80%左右的石墨负极相比有明显的改进。钇元素的掺杂和钛酸锂包覆氧化石墨烯形式的复合材料可以减小钛酸锂电极在充放电循环中的极化程度,从而改善了材料的循环性能。

石墨烯基介孔锰铈氧化物催化剂:制备和低温催化还原NO

锰铈氧化物由于较强的氧化还原活性、优良的低温脱硝性能,已被广泛用于选择性催化还原(SCR)脱硝反应,但是锰铈氧化物存在活性组分易团聚、比表面积较低等问题,限制其催化剂活性的提高。本研究以介孔结构的石墨烯基SiO_(2)(G@SiO_(2))纳米材料为模板,采用水热法制备了系列石墨烯基介孔锰铈氧化物(G@MnO_(x)-CeO_(2))催化剂,并考察了该催化剂在低温下(100~300℃)的SCR脱硝性能。结果表明,与石墨烯基铈氧化物(G@CeO_(2))相比,G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂具有较高脱硝活性。当Mn、Ce与模板G@SiO_(2)质量比分别为0.35、0.90时,G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂的脱硝活性最佳,220℃下NO转化率达到最高(80%)。添加适量MnO_(x),提高了G@MnO_(x)-CeO_(2)催化剂的比表面积、孔容,降低了催化剂的结晶度;并且MnO_(x)-CeO_(2)以纳米尺度(2~3 nm)较为均匀地分散于石墨烯片层表面。此外,由于MnO_(x)与CeO_(2)之间存在协同作用,Mn原子可以部分替代Ce原子掺杂于CeO_(2)的晶体结构中形成MnO_(x)-CeO_(2)固溶体,使G@Mn(0.35)Ce(0.9)催化剂表面存在较高含量的高价态Mn^(3+)和Mn^(4+)、Ce^(4+)以及较高的化学吸附氧浓度,从而展现出较高的脱硝性能。该工作为MnO_(x)-CeO_(2)基催化剂在低温NH3-SCR中的实际应用提供了基础数据。

基于中空多孔金纳米/石墨烯复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学及其生物传感研究

采用溶液相牺牲模板法制备中空多孔金纳米粒子(HPAuNPs),并将该材料与还原氧化石墨烯(rGO)复合,用于葡萄糖氧化酶(GOx)在玻碳电极(GCE)表面的有效固定,构建GOx/HPAuNPs/rGO/GCE传感界面。利用扫描和透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、红外光谱及电化学等方法对材料的形貌与结构,GOx的固定化过程,以及传感器的直接电化学和电催化性能进行表征。结果表明,HPAuNPs和rGO的协同作用能有效促进GOx与电极之间的直接电子转移(DET)。基于GOx/HPAuNPs/rGO/GCE对葡萄糖的良好电催化性能,该方法有效实现了对葡萄糖的高灵敏度检测,其电流响应的线性范围为0.05~7.0 mmol/L,检出限(S/N=3)为16μmol/L。该传感器具有良好的选择性、重现性及稳定性,对实际样品血清中血糖的测定结果令人满意,回收率为98.0%~103%,相对标准偏差不大于5.0%。

微波法制备氧化锌/石墨烯纳米复合材料用于电化学检测牛乳中的三聚氰胺

目的使用一种方便、快捷、经济高效的合成方法,以石墨烯和醋酸锌为原材料一步固态法直接合成氧化锌/石墨烯(zinc oxide/graphene,ZnO/G)纳米复合材料,并将其应用于三聚氰胺的电化学检测。方法使用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对ZnO/G纳米复合材料进行了表征,使用循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)、差分脉冲伏安法(differential pulse voltammetry,DPV)进行了电化学响应性、抗干扰性以及稳定性测试。结果ZnO/G纳米复合材料电极对三聚氰胺具有良好的电化学响应,线性范围为10~1000μg/L(r^(2)=0.997),理论检出限(S/N=3)为0.18μg/L,灵敏度为0.17μA·L/(μg·cm^(2)),电极稳定性和抗干扰能力优异。结论ZnO/G纳米复合材料也能够在纯牛奶中检测出痕量的三聚氰胺,具备对实际样品进行检测的能力。且该检测电极制备方法简单、原材料价格低廉,在三聚氰胺的检测领域具备良好的应用潜力。

石墨烯负载二氧化锡电化学传感器检测4-碘苯氧乙酸研究

该文通过水热法合成了珊瑚状的二氧化锡纳米颗粒,将其均匀生长在石墨烯上,构建了石墨烯负载二氧化锡电化学传感器对外源植物激素4-碘苯氧乙酸(4-IPOAA)进行电化学检测的方法。采用方波伏安法对不同浓度的4-IPOAA进行检测,结果显示4-IPOAA在0.5~20μmol/L和20~100μmol/L范围内具有良好线性关系,检出限(LOD,S/N=3)为9.86×10^(-2)μmol/L。4-IPOAA的电化学氧化过程受混合控制,有2个电子参与。所制备的传感器具有良好的重现性,相对标准偏差(RSD)不大于3.8%。使用加标回收法对白菜和黄瓜中的4-IPOAA进行检测,回收率分别为91.3%~106%和91.4%~116%,RSD分别为1.1%~5.2%和3.8%~8.0%。表明该传感器对4-IPOAA的实际检测具有良好的应用前景。

基于氧化石墨烯增敏的聚邻苯二胺分子印迹电化学传感器测定多巴胺

本工作结合分子印迹技术和电化学检测方法对多巴胺(DA)进行了快速测定。以DA为模板分子,邻苯二胺(o-phenylenediamine,o PD)为功能单体,在氧化石墨烯(GO)修饰电极表面通过一步电聚合法制备分子印迹电化学传感器。采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对GO的形貌进行了表征,通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)对传感器的电化学性能进行了分析。当DA的浓度在0.4~2000μmol·L^(-1)范围内时,DA在印迹电极上的DPV峰电流值与其浓度呈线性关系,检出限为8.0×10^(-8) mol·L^(-1);采用该方法对实际样品中的DA进行测定,回收率在92~108%之间。