基于激光雕刻石墨烯电极的伏安法实验教学新方案

伏安法是仪器分析课程的重要章节和教学难点,其现有实验教学方案在理论融合和应用拓展等方面存在不足。本文通过引入较为前沿的激光雕刻石墨烯电极体系,丰富内容如扩散电流理论和电催化现象模拟,延伸应用如奶粉香兰素检测,帮助学生深入理解方法的基本原理、研究动向和应用价值。实验综合成本低、电极可批量制备,适合教学开展。

石墨烯电极聚亚苯基分子结输运指数衰减因子调节

本文研究不同边缘形貌石墨烯纳米带电极之间,分别连接1、2或3个低聚亚苯基环分子结的电子输运性质.使用第一性原理结合非平衡格林函数计算,本文发现对所考虑的分子结输运电导都呈现随分子长度指数衰减的规律,且衰减因子的敏感依赖于电极石墨烯纳米带边缘形貌和分子-电极连接构型敏感.这一结果表明可以用改变纳米带边缘形貌、分子长度和连接方式来有效地调节通过分子结的电流,这为石墨稀电极分子器件设计提供可能的理论指导.

基于石墨烯电极的埃洛石/聚苯胺超高柔性复合电极

导电聚合物聚苯胺(PANI)具有理论电容大、制备成本低、容易大规模合成等优点,在超级电容器领域具有巨大的应用潜力。然而纯的PANI结构致密,实际电容有限,限制了其在电化学储能器件中的应用。本研究利用工艺简单且成本较低的化学氧化聚合法制备了基于无机中空管状埃洛石和导电聚合物PANI的纳米复合物,并将其浇注在石墨烯电极上制备高柔性超级电容器电极。通过扫描电镜对产物的微观形貌进行分析,可以看到PANI均匀包覆在埃洛石管壁上,形成多级分层的核壳结构。基于此,电极材料与电解液的有效接触面积明显增大,得到的埃洛石/聚苯胺电极在1 A/g的电流密度下呈现出超高的电容值(446.1 F/g),并且在10 A/g的高电流密度下仍然具有良好的倍率性能和循环稳定性(循环1600次后保留初始电容值的90.5%)。此外,由于石墨烯基底与PANI之间存在的π-π堆积作用,PANI在反复弯折过程中能紧紧黏附在石墨烯电极上,进而展现出超高的耐弯折性能(5000次弯折,电容保留率90.2%)。本方法制备的复合电极具有卓越的电化学性能,为制备导电聚合物基高柔性超级电容器提供了参考。

便携式柔性石墨烯电极脑电采集系统

脑电能反映人脑的健康及认知活动状况,是脑疾病诊治及认知神经科学的重要参数。基于头皮脑电的脑电信号监测也是脑机接口的重要手段。该文开发一种基于柔性石墨烯干式脑电(EEG)电极和便携式无线终端的脑电采集系统。利用真空抽滤的方法制备了柔性聚酯纤维(织物)基底石墨烯织物电极,基于ADS1299模拟前端和超低功耗单片机设计实现了便携式低功耗无线脑电采集系统,能够实现脑电信号的采集、处理、存储和无线传输。对石墨烯电极的导电特性、耐久性、稳定性进行了测试并和商用氯化银电极进行了对比。结果表明,文中开发的石墨烯电极能够实现脑电信号的高信噪比精确采集,并且满足长期佩戴所需的耐摩擦性。与皮肤连续摩擦接触的测试结果表明,随着时间的推移,石墨烯电极本征阻抗及采集的脑电信号质量并没有发生明显变化。基于石墨烯电极的便携式无线脑电采集系统数据采集准确可靠,设计合理,运行稳定,能够满足便携式脑电采集设备的需要。

基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管

在单分子结中,核心分子与电极之间的连接基团对器件的力学、电学特性有着重要影响。连接基团的力学强度影响着器件的稳定性而其电子耦合强度则影响着分子结的电导值和导电极性。两端带邻苯二胺基团的分子可以和石墨烯电极边缘的邻醌基团发生缩合反应,生成基于吡嗪连接的分子结。我们实验制备了基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管(FET)并研究了其电学性质。我们发现分子组装后器件的产率可以达到26%,证明了吡嗪连接基团用于构建石墨烯电极单分子器件的可行性。通过测量器件的电学性质,我们发现吡嗪连接与石墨烯电极之间的耦合强度对单分子场效应晶体管的导电极性有着决定性的影响。具体而言,弱耦合时器件为核心分子的最高占据轨道起主导作用的p-型FET而强耦合时器件为核心分子的最低空轨道起主导作用的n-型FET。

石墨烯电极电活化过硫酸盐降解含酚废水研究

以苯酚为目标污染物,利用石墨烯电极自身性质及电活化共同作用下活化过硫酸盐(PDS)产生氧化性自由基降解苯酚,对影响苯酚降解的因素(包括电流密度、初始pH值、PDS浓度及影响反应的主导自由基)进行探讨。通过系统中加入一定量的甲醇和叔丁醇作为自由基猝灭剂的猝灭试验确定降解过程中的主导自由基。结果表明,在未通电情况下石墨烯电极对苯酚也具有去除作用,可以吸附苯酚。在通电情况下,由于电活化和石墨烯活化的双重作用,相比于单一石墨烯体系和单一PDS体系,石墨烯/PDS体系对苯酚的降解率显著提高,在n(PDS)∶n (phenol)为50∶1、苯酚初始质量浓度为25mg/L、pH值为11、电流密度为30 mA/cm^(2)的条件下,在90 min内苯酚的降解率可达98.91%。通过淬灭试验确定在石墨烯/PDS降解苯酚体系中以硫酸根自由基为主(SO_(4)^(-)·)、羟基自由基(·OH)为辅。综上所述,在未通电情况下,石墨烯可以利用自身吸附作用去除苯酚,在通电情况下,石墨烯电极利用自身性质以及电活化活化过硫酸盐,与单一PDS体系和单一石墨烯体系相比,有效提高了过硫酸盐的活化程度,提高了苯酚的降解率。

十六烷基三甲基溴化铵对石墨烯电极在多巴胺共存时测定抗坏血酸的研究

制备了石墨烯碳糊电极,利用十六烷基三甲基溴化铵作为区分试剂考察了抗坏血酸在此电极上的电化学行为,讨论了电极制备条件、十六烷基三甲基溴化铵的用量及多巴胺的存在对抗坏血酸电化学行为的影响。结果表明,在pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液中,并于1.0×10-5mol/L多巴胺存在下,抗坏血酸氧化峰电流与其浓度在2×10-5~5×10-4mol/L范围呈线性关系,最低检出限为8×10-6mol/L。并用塔菲尔法测定了抗坏血酸电极过程的动力学参数,其电荷传递系数β=0.443,标准速率常数k0=（3.73±0.10）×10-5cm/s。电位阶跃法测得抗坏血酸的扩散系数D=4.86×10-5cm2/s。此电极有良好的重复性和稳定性。应用此方法分析了含多巴胺的抗坏血酸的混合溶液,测定结果的相对标准偏差R=1.24%,回收率在100.74%～102.34%之间。

基于二氧化硅石墨烯电极电化学法检测化学需氧量

开发一种新的二氧化硅石墨烯电极的应用,通过恒电位电解检测化学需氧量,考察氧化电位、电解质浓度和溶液pH等基本参数对二氧化硅石墨烯电极响应电量的影响,获得了最佳操作条件。本方法检测时间为15min、样品用量10mL。检测范围为5-60000mg/L,检测限为4.37mg/L,稳定性强。将该电极应用于不同实际废水样品的测定,所得结果与重铬酸钾法一致。

基于石墨烯电极的寡聚苯乙炔衍生物单分子的单分子电导研究

主要阐述了一种构筑石墨烯/分子/石墨烯结的方法。该方法的主要思想是在铜丝上沉积石墨烯后制备具有石墨烯纳米间隙的芯片,再利用目标分子锚定基团与石墨烯间的弱相互作用力“π-π stacking”将分子组装到石墨烯电极上,形成石墨烯/分子/石墨烯结。利用这种构筑分子结的方法,并基于机械可控裂结(MCBJ)技术,测量了3种芘与碳链连接位点不同的寡聚苯乙炔类(OPEs)分子的电导,发现3种分子OPE-2PY-1、OPE-2PY-2和OPE-2PY-3的电导值分别为1.66×10^(-5) G_(0)、2.40×10^(-5) G_(0)和1.23×10^(-5) G_(0)。

石墨烯电极的Co-Salophene分子器件的自旋输运研究

分子器件具有体积小、告诉运转、低功率消耗等特点,近些年来,分子器件逐渐代替了硅基电子学,收到了越来越多研究者的关注,尤其是基于石墨烯电极的Co-Salophenes分子被用来设计各种自旋分子器件,在分子自旋电子学具有潜在的应用价值。本文主要对基于石墨烯电极的Co-Salophene分子器件的自旋输运进行了研究。

基于纳米探针和石墨烯电极技术的ATP生物发光检测系统

由细菌引起的食品安全问题越来越受到人们的重视,使得快速细菌检测技术成为一个重要课题.设计了一种基于纳米探针技术、石墨烯透明电极(GTE)技术和三磷酸腺苷(ATP)发光技术的生物检测系统,能够快速准确地检测食品中的细菌.实验结果表明该方法与传统检测方法具有很好的相关性,线性相关度可达0.972,检测时间控制在20min内.检测范围在102-106 CFU/mL.此外通过检测不同污染物测得该系统具有令人满意的性能.可以满足现场快速检测的要求.

大尺度钒电池石墨烯电极材料问世

近日,长沙理工大学丁美、贾传坤教授团队联合多家科研团队,自主研发设计出了世界首款液流电池电极材料大尺度生长设备,并开发出了一种大规模储能钒电池专用的石墨烯复合电极材料,可显著提高钒电池功率密度、能量效率和循环寿命,有效降低钒电池成本。这一技术有望为大规模储能液流电池的商业化电极开发提供新思路。

石墨烯修饰铂电极传感器测定水中微量重金属镉和铅

建立了石墨烯修饰铂电极(G/Pt)共沉积铋膜测定水中微量重金属镉和铅的方法。采用微机电系统(MEMS)工艺制作铂电极,并利用CVD法在铂电极上原位生长石墨烯,制备了石墨烯修饰铂电极,与Ag/AgCl参比电极、铂丝对电极构成三电极体系;采用差分脉冲阳极溶出伏安法对水中微量的镉和铅进行测定。在pH=4.5的醋酸-醋酸钠(HAc-NaAc)底液中,Cd2+和Pb2+分别在#0.72和#0.48 V灵敏地产生溶出峰,线性范围分别为0.05～10 mg/L和0.03～5 mg/L,检出限均为10!g/L。本方法操作简单、安全快速、重现性好,适合于废水、地表水、及生活用水中镉和铅的测定。

硫酸特布他林在石墨烯修饰电极上的电化学行为及应用分析

采用电化学阻抗法、循环伏安法、计时电量法、差分脉冲伏安法等分析手段,研究了硫酸特布他林在石墨烯修饰玻碳电极(GR/GC)上的电化学行为及电化学动力学性质,建立了硫酸特布他林电化学定量测定方法。实验结果表明,硫酸特布他林在GR/GC电极上的电化学过程是一个不可逆电化学氧化过程,氧化过程受扩散控制,在扫描速度20～250 mV/s范围内,其氧化峰电流与扫描速度平方根呈良好的线性关系。该方法可简便、快捷、灵敏地检测博利康尼中硫酸特布他林的含量。

石墨烯修饰玻碳电极用于循环伏安法测定抗坏血酸

采用Hummers法制备了纳米石墨烯,并将该纳米材料分散在蒸馏水中得到悬浮液,取5μL的悬浮液滴涂在玻碳电极表面,制备石墨烯修饰电极。用循环伏安法研究了在pH 4.0磷酸盐电解质中,在-0.4～0.8V(vs.Ag/AgCl)电位范围内,抗坏血酸在修饰电极上的电化学行为。结果表明:抗坏血酸在修饰电极上在0.173V处可见明显的氧化峰,且氧化峰电流显著高于在裸玻碳电极上的氧化峰电流;并可有效排除肾上腺素、尿酸、多巴胺等物质的干扰。据此提出了用循环伏安法测定抗坏血酸的方法。抗坏血酸的线性范围为8.00×10-6～1.0×10-3 mol.L-1,检出限(3S/N)为1.0×10-7 mol.L-1。方法用于维生素C片的分析,回收率在96.3%～104.4%之间。

基于氧化石墨烯修饰玻碳电极的多巴胺和尿酸的电化学检测

将超声分散的氧化石墨烯(GO)悬浮液滴涂于玻碳电极(GCE)表面,制备成GO/GCE,并用扫描电子显微镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)对GO/GCE进行表征,利用差分脉冲伏安法(DPV)、循环伏安法(CV)对多巴胺(DA)和尿酸(UA)进行了电化学测定。研究了pH对DA和UA电化学行为的影响并计算相关的动力学参数。结果表明:该修饰电极对DA和UA的氧化还原反应具有良好的电化学催化作用,在1.0~98.0μmol/L和0.5~90.0μmol/L范围内峰电流与DA和UA浓度呈良好的线性关系,检出限分别为0.50μmol/L和0.25μmol/L。而且可以在抗坏血酸(AA)共存下同时测定DA和UA。该传感器具有良好的选择性与稳定性,有望应用于DA和UA的同时测定。

石墨烯修饰电极差分脉冲溶出伏安法同时检测食品中痕量铅·镉和铜

[目的]构建石墨烯修饰电极用差分脉冲溶出伏安法检测重金属的方法。[方法]采用电还原的方法将氧化石墨烯变成还原型石墨烯,针对电极修饰材料石墨烯进行表征测试,优化石墨烯修饰电极检测的试验检测条件。[结果]石墨烯修饰电极可以实现在4 min内同时检测食品中的铅、镉和铜元素,且具有很好的准确度、稳定性和抗干扰性。[结论]研究可为快速准确地检测食品中重金属元素提供参考。

碳纳米管-石墨烯修饰电极测定洋葱中槲皮素的含量

制备了在水中有良好分散性的氧化石墨烯/碳纳米管复合材料,并用紫外-可见光谱法、透射电镜及热重分析等方法对其进行表征。将此材料滴涂于GCE表面,经电化学方法还原制得MWCNT/RGO修饰电极。用循环伏安法和差示脉冲伏安法研究了槲皮素在此修饰电极上的电化学行为。结果表明:此修饰电极对槲皮素的氧化具有良好的电催化活性,能用于槲皮素的灵敏测定。在pH 4.2的乙酸盐缓冲介质中,开路富集150s,50mV·s-1的扫描速率下,槲皮素浓度在0.1~75μmol·L^(-1)范围内与其氧化峰电流呈线性关系,检出限(3S/N)为4.05×10-2μmol·L^(-1)。取粉碎的洋葱样品,用无水乙醇提取10h置于上述缓冲溶液中进行DPV扫描。所得提取液中槲皮素的测定值与高效液相色谱法测定值接近。加标回收率在82.1%~87.4%之间。

石墨烯修饰玻碳电极用于循环伏安法测定盐酸表阿霉素

将石墨烯修饰在玻碳电极表面用于循环伏安法测定盐酸表阿霉素。在pH 4.0的B-R缓冲溶液中,在修饰电极上,盐酸表阿霉素在-0.382V处可见明显的氧化峰,且氧化峰电流比在裸玻碳电极上提高两倍以上。盐酸表阿霉素的氧化峰电流与其浓度在1.0×10^-7-1.0×10^-6 mol·L^-1范围内呈线性关系,检出限（3S/N）为2.0×10^-9 mol·L^-1。方法用于盐酸表阿霉素注射液的测定,加标回收率在95.9%-97.7%之间,测定值的相对标准偏差（n=6）小于2%。

石墨烯修饰玻碳电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚

将自制的氧化石墨烯以滴涂法修饰在玻碳电极表面,通过电化学还原方法制备得到石墨烯修饰电极。考察了电化学还原条件、修饰量以及底液等对修饰电极的影响。修饰电极对对苯二酚和邻苯二酚的电化学氧化还原表现出很高的电催化能力和分离能力。在0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH7.0)作为支持电解质,利用循环伏安法和微分脉冲伏安法,石墨烯修饰电极可同时检测邻苯二酚和对苯二酚,二者的微分脉冲伏安响应与浓度在8.0×10-6～1.2×10-4mol/L和3.0×10-6～1.0×10-4mol/L范围呈良好的线性关系,检出限分别为1.2×10-6mol/L及3.7×10-7mol/L(3倍噪音法)。