碳基納米復合材料的制備及其在超級電容器和電化學傳感中的應(yīng)用.pdf

1、納米材料由于結(jié)構(gòu)的特殊性，具有比表面積大、吸附能力強、生物兼容性好等優(yōu)點，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，因此在電化學傳感器及超級電容器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，一些酶、過渡金屬、過渡金屬氧化物和導電聚合物等納米材料被廣泛應(yīng)用于電化學領(lǐng)域中。然而隨著對納米材料研究的深入，發(fā)現(xiàn)單獨使用納米材料由于容易發(fā)生團聚，從而阻礙了電子傳輸，降低了材料的比表面積和電化學性能，因此當務(wù)之急是尋求合適的納米復合材料解決這些難題。
　　碳基材料如石墨烯和

2、多孔碳是常用的負載納米材料的支撐材料。石墨烯具有比表面積大、導電性好、良好的生物兼容性以及不具備可變價態(tài)難以發(fā)生氧化還原反應(yīng)等優(yōu)點。多孔碳具有來源廣、比表面積大、價格低廉等優(yōu)點。本論文主要在碳基材料基底上通過原位生長，電化學還原等方法負載納米材料，構(gòu)建出一體納米復合材料電極，改善了單獨使用納米材料分散性能差的特點，同時由于一體電極的構(gòu)建，不需要粘合劑，有效地避免了粘合劑對電化學性能的干擾。本論文的具體工作如下：
　　1．首先采用電

3、化學法分別用碳酸鉀（K2CO3）和硝酸鉀（KNO3），通過兩步法將已經(jīng)處理好的商用碳紙進行溫和的電化學剝離，使用 Raman光譜和掃描電子顯微鏡等技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)碳紙表面被剝離后，出現(xiàn)典型的石墨烯層狀褶皺結(jié)構(gòu)，然后采用原位生長的方法在其表面生長四氧化三鐵（Fe3O4），通過恒電流充放電測試，測得在電流密度為1 A g-1時，其比電容為316.07 F g-1。然后將其表面重氮鹽功能化后，在1 A g-1時比電容增加到470 F g-1，表現(xiàn)

4、出良好的電容器性能。同時，此工作具有成本低廉、操作簡單等優(yōu)點。
　　2．采用商業(yè)化丙烯酸酯膠帶通過簡單的物理剝離得到三維多孔柔性石墨烯電極（GTE），并基于此GTE構(gòu)建了兩種葡萄糖傳感器：鎳鈷雙金屬柔性一體電極（Ni-CoNSs/ GTE）和葡萄糖氧化酶-金納米粒子-殼聚糖一體電極（GOD/AuNPs-CHIT/GTE），其中 Ni-CoNSs/ GTE對葡萄糖檢測的線性范圍為0.6?M到260?M（R=0.992）和1.36 m

5、M到5.464 mM，(R=0.996)。GOD/AuNPs-CHIT/GTE對葡萄糖檢測的線性范圍為：0-14.0 mM(R=0.992),最低檢出限為0.202 mM，靈敏度為9μA mM?1 cm?2。這兩種葡萄糖傳感器都具有良好的電化學性能，并能夠成功應(yīng)用于實際樣品的檢測。這些結(jié)果證實我們提出的三維多孔柔性石墨烯電極在電化學傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　3．第三個工作采用三聚氰胺泡沫為前驅(qū)體，通過高溫煅燒得到三維泡沫

6、碳，然后將石墨烯組裝到該三維的泡沫碳上形成石墨烯/三維泡沫碳納米復合材料，最后在復合材料上面通過化學氧化法原位生長聚苯胺，得到泡沫碳/石墨烯/聚苯胺納米復合材料（CC-GO-PANI），該材料表現(xiàn)出較高的比電容(在1 A g-1電流密度下，比電容為1870 F g-1)以及很好的循環(huán)性能（在5 A g-1下循環(huán)充放電5000圈，比電容下降為原來的95%）。此工作所用材料簡單易得，同時，石墨烯與聚苯胺的負載降低了電子傳遞時產(chǎn)生的阻力，因此