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。

基于石墨烯纳米材料的电化学传感器在传染病检测中的应用

石墨烯作为新型的二维纳米材料,其独特的理化特性,使其具有电阻率低、比表面积大、生物相容性好、化学稳定性高等特点,有望发展为高灵敏电化学传感器的理想材料。随着电化学传感器技术的发展,高灵敏度、高特异度、快速、便捷的石墨烯电化学传感器可用于检测多种传染病病原体。本文总结了现有报道的基于石墨烯纳米材料的电化学传感器检测技术应用于呼吸道病原体、蚊媒传染病病原体、肠道传染病病原体等传染病病原体检测的情况,为实现传染病的早发现、早诊断的快速检测技术及方法提供新的思路。

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.

自支撑Bi@Cu纳米树电极高效电化学还原CO_(2)制甲酸

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学沉积和离子置换反应法,构建了一种原位生长的Bi@Cu纳米树(Bi@Cu NTs)自支撑电极。自支撑纳米树结构在降低界面电阻、确保空间结构稳定的同时,为反应提供了丰富的活性位点和发达的孔隙结构,进而实现CO_(2)分子、电解液离子以及电子的协同传输,并进一步促进电化学CO_(2)转化。实验结果表明,Bi@Cu NTs电极在电化学活性和长期运行稳定性方面表现出色。在–1.4~–0.8 V(vs.RHE)的宽工作电位窗口范围内,甲酸选择性均超过90%;在–1.2 V的工作电位下,该电极同时实现了高达97.9%的甲酸选择性和170.6 mA·cm^(–2)的电流密度。此外,该电极在–1.0 V下经过50 h持续电解,获得了超过90%的平均甲酸选择性及大于110 mA·cm^(–2)的平均电流密度,且性能未见明显衰减,稳定性优异。

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。

三维炭/还原氧化石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

采用水热合成法,将间苯二酚甲醛树脂涂覆在还原氧化石墨烯片层上,经冷冻干燥及炭化后构筑三维炭/还原氧化石墨烯纳米片。使用SEM、TEM、FTIR、XPS等对样品的形貌与结构进行表征,利用循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗法测试了样品的电化学性能。结果表明,间苯二酚甲醛树脂成功将还原氧化石墨烯片包覆,二者构筑的三维炭/还原氧化石墨烯复合纳米片厚度为25nm;当循环伏安测试扫描速率为20mV/s时,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料的比电容分别为还原氧化石墨烯与间苯二酚甲醛树脂炭电极材料相应值的1.8和2.8倍;在0.2A/g的充电电流密度下,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料比电容为154.4F/g。

石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能

本工作研究了石墨烯纳米片(GNP)对水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并采用热重分析法、压汞分析法、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析对GNP复合水泥砂浆的微观形貌和水化产物类别进行了表征,解释了GNP增强水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的机理。结果表明:与普通水泥砂浆相比,掺入0.1%水泥质量的GNP后,水泥砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了11.1%和12.7%,表面氯离子浓度和扩散系数分别减小了36.8%和11.3%,经硫酸盐侵蚀后质量损失率为0.44%,抗蚀系数提升至0.9;GNP对水泥水化的产物类别没有影响,但GNP可以促进水泥的水化反应并细化水泥砂浆中的孔径;GNP作为水泥中的纳米添加材料能够填充在水泥熟料附近,使水泥砂浆的微观结构更为密实,且GNP较大的比表面积和二维板状结构也可以成为腐蚀离子的物理屏障。

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%。

LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料的制备及电化学性能分析

为解决锂离子电池存在的正极材料放电比容量较低的问题,以固相合成法为基础,制作不同质量分数的LiFePO_(4)/石墨烯材料,并借助XRD、SEM、TEM对所制备复合材料的微观结构进行分析,运用电池测试工具对制备的锂离子电池进行电化学性能检测,以掌握由LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料所制备电池的基本性能。测试结果表明,制备的电池正极材料具有完整的晶型结构,并且在石墨烯质量分数为10%时,比容量可达到154.3 mAh·g^(-1),在0.1 C倍率下循环50圈后的容量可维持在152.7 mAh·g^(-1)附近,在石墨烯质量分数为10%时存在极化最小和阻抗最小的点,并且石墨烯的添加量为5%时达到最小交流阻抗,为343.8Ω。LiFePO_(4)/石墨烯纳米复合材料的使用能有效增大锂电池的放电比容量,并且提高倍率性能,有效降低电池极化电阻,加强锂电池的使用性能。

石墨烯基纳米材料电化学检测生物分子的最新进展

石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯纳米片可以很容易地与各种类型的无机纳米颗粒(包括金属、金属氧化物、半导体纳米颗粒、量子点、有机聚合物和生物分子)结合,以创建各种各样的基于石墨烯的纳米复合材料,增强生物传感器应用的灵敏度。本文综述了石墨烯/纳米金复合材料作为新兴的电化学生物传感器,用于检测葡萄糖、胆固醇、多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)和农药生物分子,具有更高的灵敏度、选择性和较低的检测极限。最后,展望了石墨烯生物传感技术的发展前景。

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%。

石墨烯基纳米复合材料的合成及其在电化学传感器中的应用进展

总结了石墨烯的合成方法,包括电化学剥离法、化学合成法和化学气相沉积法,然后介绍了几种常见的石墨烯纳米复合材料,最后详细说明了石墨烯纳米复合材料在电化学传感器中的应用进展,并分析了石墨烯基电化学传感器面临的挑战及未来发展趋势。

CoO纳米颗粒/石墨烯纳米纤维复合材料的制备及电化学性能

用石墨烯和Co(CH_(3)COO)_(2)·4H_(2)O作为原料,利用超声辅助法合成了锂离子电池的负极材料CoO纳米颗粒/中空石墨烯纳米纤维复合物.采用X射线衍射(XRD)确定材料的物相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料的表面形貌和微观结构,采用X射线光电子能谱(XPS)确定材料的价态结构.采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗谱表征材料的电化学性能.结果显示,在100 mA/g的电流密度下,循环了160次后,可逆容量仍超过800 mA/g,库仑效率保持在99%以上.该材料优异的电化学性能主要归因于石墨烯的中空纤维结构,中空内部可以容纳电解液,能直接将离子输送到颗粒表面,实现了离子的快速传输;二维中空纤维搭建成三维网络结构,实现了三维电子传导网络.

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。

铅笔芯电化学剥离制备纳米石墨片及其电容性能研究

本文采用电化学法剥离了不同型号的铅笔芯(HB,2B,4B,6B,8B和10B),来制备纳米石墨片。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察表面形貌和微观结构、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)分析物相组成,在[Fe(CN)_(6)]^(3-/4-)溶液中测试了剥离材料的活性表面积。结果表明:不同型号铅笔芯剥离后均为片层状的纳米石墨片(GNS)。其中4B铅笔芯剥离的纳米石墨片(4B-GNS)的石墨化程度最高、活性表面积最大、电容性能最高,其比电容可达到140.3 F/g,且经过10000次循环充放电之后,比电容仍保持为原来的99.06%,表现出优异的循环稳定性。

电化学还原氧化石墨烯/纳米金-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极对尿酸的灵敏测定

将氧化石墨烯（GO）在玻碳电极（GCE）表面进行直接电化学还原，再组装上纳米金-壳聚糖（AuNP-CS）聚阳离子，形成了电化学还原氧化石墨烯/纳米金-壳聚糖（ERGO/AuNP-CS）复合膜修饰的玻碳电极。采用扫描电子显微镜（SEM）表征了不同修饰膜表面的形貌，探讨了其对尿酸（UA）分子的差分脉冲伏安（DPV）行为，发现ERGO/AuNP-CS复合膜对UA分子表现出显著的电催化氧化活性。在0.10mol/L磷酸盐缓冲溶液（pH=6.5）中，扫速为100mV/s时，此复合膜修饰电极的DPV响应与UA的浓度在0.05-110μmol/L范围内呈性关系，检测限为12.4nmol/L（S/N=3）。此修饰电极具有良好的选择性、重现性和稳定性，可应用于人体血清和尿液样品中UA的测定，回收率达到93.8%-104.1%。结果与分光光度法和尿酸酶试剂盒法相符。

基于还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金复合纳米材料的阻抗型电化学适配体传感器检测铜绿假单胞菌

基于还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金复合纳米材料制备电化学阻抗传感器检测铜绿假单胞菌。采用电化学沉积的方法将氧化石墨烯/碳纳米管修饰在电极表面,并将氧化石墨烯电化学还原。随后将纳米金沉积在电极表面,最后将巯基修饰的铜绿假单胞菌适配体通过金硫共价键结合在纳米金表面,制成工作电极。用扫描电镜观察合成的还原氧化石墨烯/碳纳米管-纳米金材料的形貌。用循环伏安法对组装电极的每一步进行电化学表征。当铜绿假单胞菌在适配体修饰的电极表面孵育后,适配体会将目标菌捕获在电极表面,阻碍电极表面电子传输,导致阻值上升,根据电阻变化值可实现对目标菌的定量检测,检测线性范围为10~10^(6) CFU/mL,检出限可达4 CFU/mL,本实验方法是已知的检测铜绿假单胞菌灵敏度最高的电化学方法。

基于还原石墨烯/纳米银复合材料的电化学传感器测定双酚A

石墨烯特有的褶皱层状结构以及银纳米粒子良好的催化性能,使其在电化学方面具有良好的应用潜能。本研究以柠檬酸钠为还原剂,通过水热反应原位制备出还原石墨烯/纳米银复合材料(rGO/Ag NPs),用于修饰玻碳电极,研究了双酚A的电化学行为。循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)的实验结果表明,双酚A可以在r GO/Ag NPs修饰电极表面发生快速的氧化还原反应,基于此实现了对双酚A的高灵敏检测。在最优条件下,双酚A的氧化峰电流与其浓度在0.1~40.0μmol/L范围内呈良好的线性关系(r^2=0.996),检出限为50.7 nmol/L(S/N=3)。将其用于实际环境和塑料样品中双酚A的检测,回收率为91.7%~102.9%。

还原氧化石墨烯/碳纳米管/Co_3O_4三元复合材料的制备与电化学性能

将低温水热反应和低温热处理相结合,制备了含还原氧化石墨烯(RGO)、碳纳米管(CNTs)和Co3O4的三元纳米复合材料RGO-CNTs-Co3O4;利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了合成产物的相组成和微观结构,分析了其形成过程;并利用电化学测试装置测定了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,在合成反应过程中,氧化石墨烯被还原剂肼还原为石墨烯,同时在石墨烯和CNTs表面生成氢氧化钴;再经低温热处理得到RGO-CNTs-Co3O4三元复合材料.Co3O4纳米颗粒均匀分散在由RGO片层和CNTs组成的三维网络结构中;这种三维网络结构既有利于电子和离子的传输,又能够有效抑制Co3O4在脱嵌锂过程中因体积变化引起的结构破坏.总体而言,合成的新型三元复合材料具有高的比容量以及良好的循环性能与倍率性能.