碳纳米管负载纳米金-石墨烯量子点修饰电极电化学检测过氧化氢
碳纳米管负载纳米金-石墨烯量子点修饰电极电化学检测过氧
化氢
于浩;高小玲;徐娜;陈小霞;冯晓;金君
【摘要】采用过氧化氢刻蚀法制备石墨烯量子点(GQDs),再采用原位化学还原法制备金纳米粒子-石墨烯量子点纳米复合物(AuNPs-GQDs),最后以聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)为交联剂将上述纳米复合物组装于多壁碳纳米管表面,制得金纳米粒子-石墨烯量子点-PDDA-多壁碳纳米管复合材料(AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs).通过荧光光谱法、紫外-可见吸收光谱法和透射电子显微镜对上述复合材料进行表征.采用滴涂法制得该复合材料修饰的玻碳电极,研究了过氧化氢在该电极上的电化学行为.结果表明:在石墨烯量子点、金纳米粒子和多壁碳纳米管三者的协同作用下,该电极对过氧化氢的电氧化表现出强的催化活性.在优化条件下,安培法检测H2O2的线性范围为2.0×10-8~1.5×10-3 mol/L,检出限(3sb)为8.0×10-9 mol/L,灵敏度为61.6 μA/(mmol?L-1).%A glass carbon electrode was modified with gold nanoparticles(AuNPs),graphene quantum dots(GQDs) and multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) composite by dropping method.Firstly,GQDs were prepared using hydrogen peroxide as etching agent,then the gold nanoparticles-graphene quantum dots
composite(AuNPs-GQDs) was prepared by in situ chemical reduction method and loaded on MWCNTs with poly dimethyl diallyl ammonium chloride(PDDA) as a crosslinking agent.The characterization of this composite was investigated by fluorescence spectrometry(MFS),UV-Vis absorption spectroscopy(UV-Vis spectra) and transmission electron microscopy(TEM).A glass carbon electrode modified wtih the
composite(AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE) was obtained with the dropping method.The electrochemical behavior of hydrogen peroxide on this modified electrode was investigated in detail.The results showed that this modified electrode had a high electrocatalytic activity for the oxidation of hydrogen peroxide under the synergic action of AuNPs,GQDs and MWCNTs.Under the optimum conditions,the linear range for the determination of hydrogen peroxide by amperometry was in the range of 2.0×10-8 - 1.5×10-3 mol/L,with a detection limit(3sb) of 8.0×10-9 mol/L and a sensitivity of 61.6 μA/(mmol?L-1).
【期刊名称】《分析测试学报》
【年(卷),期】2016(035)011
【总页数】6页(P1416-1421)
【关键词】石墨烯量子点;金纳米粒子;多壁碳纳米管;过氧化氢;电催化
【作者】于浩;高小玲;徐娜;陈小霞;冯晓;金君
【作者单位】延安大学化学与化工学院,陕西延安 716000;陕西省化学反应工程重点实验室,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院,陕西延安716000;延安大学化学与化工学院,陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院,陕西延安 716000
【正文语种】中文
【中图分类】O657.1;TQ123.6
过氧化氢(Hydrogen peroxide，H2O2)是天然水中最强的氧化剂之一，也是较强的还原剂。其含量与水体中光化学反应、氧化还原反应有密切的关系，也会影响生物生长的某些必需金属元素的价态，进而影响生物生长[1]。因此，天然水中
H2O2含量的测定具有重要意义。H2O2本身具有电化学活性，故可用电化学方
法测定。但在传统电极上其氧化还原过电位均较高，测定灵敏度差。为此人们制备了各种化学修饰电极以提高检测H2O2的分析性能[2-3]。
金纳米粒子(AuNPs)具有化学稳定性和生物相容性好、易制备和电催化活性高等特点，在H2O2的电化学传感器中得到了广泛应用[4]。但金纳米粒子的水溶性好，
难以直接修饰到电极表面，故需要合适的载体将其固载到电极表面。多壁碳纳米管(MWCNTs)具有独特的管状结构、大的表面积及高的电子传导速率，已在电分析
化学领域得到了广泛的应用[5]。且碳纳米管经适当的预处理可向其表面引入羧基
等活性基团，这些活性基团可吸附金属纳米粒子，使碳纳米管成为金属纳米粒子的优良载体，从而改善金属纳米粒子的催化活性[6-7]。
最近，研究者发现了新型准零维碳纳米材料-石墨烯量子点(Graphene quantum dots,GQDs)[8]。石墨烯量子点具有高的电迁移率和比表面积、强的生物亲和性与低毒性、好的水溶性及丰富的表面活性等特点，已在生物成像[9]、发光分析[10]、金属离子[11]及有机小分子检测[12]等领域得到了研究。目前，石墨烯量子点用于
H2O2的电化学传感已有报道，如Zhang等[13]采用静电自组装技术制备了石墨
烯量子点修饰的金电极并用于H2O2的检测。Ju等[14]则以氮掺杂石墨烯量子点
作为还原剂采用热回流技术原位制备了纳米金-石墨烯量子点复合纳米材料，并用
该材料修饰电极实现了H2O2的高灵敏测定。
本研究采用过氧化氢刻蚀法制备了石墨烯量子点，然后采用原位化学还原法制备AuNPs-GQDs复合材料，再以PDDA为交联剂将其组装于多壁碳纳米管表面，
制得AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs多元复合纳米材料。通过光谱法和透射电
镜技术对该复合材料进行了表征。采用滴涂法制备了该复合材料的修饰电极，研究了该电极对过氧化氢的电催化活性及安培法检测过氧化氢时的分析性能。结果表明，石墨烯量子点的引入有利于得到粒径更小、分散性更好的金纳米粒子，碳纳米管改善了修饰电极表面的通透性及导电性。在上述因素的共同作用下，该电极对过氧化氢的电氧化过程具有强的催化活性。与其它已报道的修饰电极相比，该电极检测
H2O2时具有线性范围宽、检出限低和灵敏度高等特点，有望用于实际水样中过
氧化氢含量的测定。
1.1 仪器与试剂
CHI 660D型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)，实验采用三电极系统：修饰
电极为工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极(电位值均为相对于饱和甘汞电极的电位)；Tecnai G220透射电子显微镜(TEM，美国菲达康有限责任公司)，日立F-4500荧光分光光度计(日本日立公司)，8453型紫外-可见分光光度计(美国安捷伦公司)。
天然鳞片石墨(小于30 μm，碳含量99.9%，青岛莱西市南墅发达石墨公司)，多
壁碳纳米管(MWCNTs，深圳纳米港有限公司)，过氧化氢(30% H2O2，郑州派尼化学试剂厂)，氯金酸(HAuCl4，国药集团化学试剂有限公司),其余试剂均为分析纯。实验用水为超纯水，电阻率≥18.25 MΩ·cm。
1.2 修饰电极的制备
AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs复合材料的制备：先采用改进的Hummers法[15]制得氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)，并按照文献方法对MWCNTs进行预处理[16]。然后称取100 mg GO 加入13.00 mL水中超声10 min，加入12.00 mL 30% H2O2，控制水浴95 ℃，搅拌回流17 h，当溶液由黑色变为亮黄色时停止反应，然后将溶液在3 500 Da 透析袋中透析48 h，制得石墨烯量子点(GQDs)溶液。取6.00 mL上述GQDs溶液于50 mL圆底烧瓶中，用水稀释至15.00 mL，
加入3.50 mL 1.00×10-2 mol/L的 HAuCl4溶液，在搅拌下加热至沸腾，迅速加入5.00 mL 4.0 mg/mL柠檬酸钠溶液，水浴回流1 h，至溶液颜色变为酒红色时
停止，冷至室温，离心洗涤，制得AuNPs-GQDs复合物[14]。再参照文献方法[16]制备PDDA功能化的多壁碳纳米管(PDDA-MWCNTs)。最后将上述制备的AuNPs-GQDs和PDDA-MWCNTs混合，加入5.00 mL水超声分散30 min，制得AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs复合材料。采用相似方法制备了AuNPs-PDDA-MWCNTs和GQDs-PDDA-MWCNTs复合材料。
AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE修饰电极的制备：将10.0 μL上述制得的
纳米复合材料滴涂于处理好的玻碳电极表面，室温晾干，记为AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE。采用相似方法制备了AuNPs-PDDA-MWCNTs/GCE和GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE。
1.3 实验方法
循环伏安法：将修饰电极表面冲洗干净置于支持电解质溶液中，以不同的扫速记录相应电位范围内的循环伏安图。动力学安培法：修饰电极作为工作电极，控制工作电位为+ 0.40 V，向持续搅拌的溶液中每间隔一段时间加入一定量的H2O2，记
录I～t曲线。
2.1 AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs复合材料的制备及表征
本研究以过氧化氢为氧化剂采用化学刻蚀氧化石墨烯(GO)法制备石墨烯量子点。
图1A为所得GQDs的荧光光谱。由图可见，单独的GO几乎没有发射峰，而GQDs在508 nm处有明显的发射峰，表明实验成功制得了石墨烯量子点[14]。图1B是采用原位化学还原法制备的AuNPs-GQDs复合材料的紫外-可见吸收光谱。由图可见，在246 nm处出现GQDs的特征吸收峰，而在531 nm处出现AuNPs 的特征吸收峰，结合文献[14]报道，表明实验制得了AuNPs-GQDs复合纳米粒子。图1C是AuNPs-GQDs复合纳米粒子的透射电镜图。由图可以看出，AuNPs-
GQDs粒子分散性好，粒径约为15 nm，同时可以看出GQDs包裹在AuNPs表面，阻止了AuNPs的团聚，有利于得到分散性好及催化活性高的AuNPs粒子[14]。图1D是将AuNPs-GQDs复合粒子静电组装到碳纳米管表面后形成的AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs复合材料的透射电镜图。由图可见，在PDDA
的作用下，AuNPs-GQDs复合粒子被固载于MWCNTs表面，且分布较均匀。这表明PDDA的引入，一方面可以阻止AuNPs-GQDs发生团聚，另一方面，PDDA功能化的MWCNTs带正电荷，能够与带负电荷的AuNPs-GQDs更好地
结合。
2.2 AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE的电化学性质及对H2O2的电催化
图2为不同修饰电极的电化学阻抗图(Nyquist图)。由图可见，裸GCE(曲线a)表
面的容抗弧半径较大，当向电极表面引入PDDA-MWCNTs(曲线b)后，半圆直径明显减小，这是由于MWCNTs加快了界面电子转移速率；当将GQDs组装到MWCNTs表面后，半圆直径进一步减小(曲线c)，表明GQDs的引入提高了电极
界面的导电能力，这是由于GQDs具有高的电子传递速率所致[13-14]；曲线d是AuNPs-PDDA-MWCNTs/GCE电极表面的Nyquist图。由图可见，当继续将金
纳米粒子组装到MWCNTs表面后，阻抗图几乎为一条直线，表明金纳米粒子的
存在加快了界面电子转移速率。而用GQDs存在下制备的金纳米粒子所制得电极
的界面阻抗最小(曲线e)，表明GQDs的存在能有效避免AuNPs的团聚，有利于
得到粒径更小、电化学活性更高的金纳米粒子[14]。
图3分别为1.0×10-3 mol/L H2O2在不同修饰电极上的循环伏安图。由图可见，单独MWCNTs对H2O2的电催化具有一定的催化活性(曲线a)；加入
PDDA(PDDA-MWCNTs)后，催化活性反而有所降低，这是由于PDDA的导电性较差所致(曲线b)。当将GQDs组装到MWCNTs表面后(曲线c)，电极对H2O2
的电催化活性增强，这是由于GQDs具有高的电子传递速率所致[13-14]。当
MWCNTs表面吸附金纳米粒子后(AuNPs-PDDA-MWCNTs，曲线d)，在阳极支0.46 V和阴极支-0.10 V分别出现了H2O2的氧化和还原峰，这表明金纳米粒子
对H2O2的电极过程具有高的催化活性。而在AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE(曲线e)电极上，H2O2的氧化、还原峰电位分别位于0.39 V和-0.07 V，且电流响应进一步增大。通过对比可以看出，H2O2在AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE上具有更低的过电位和更大的电流响应，说明复合材料具
有更高的催化活性。这是由于：一方面，在GQDs存在下得到了分散性更好、粒
径小的AuNPs粒子，提高了催化活性；另一方面，GQDs对H2O2具有一定的
催化活性[13-14]，同时，碳纳米管为AuNPs-GQDs复合粒子提供了良好的载体，改善了电极表面的通透性。
研究了不同浓度的H2O2在AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE电极上的循环伏安行为。结果表明，随H2O2浓度的增大，氧化峰和还原峰的电流均逐渐增大，但氧化峰电流的增幅更大，这表明该电极对H2O2的电催化氧化活性更高，且测
量还原电流时易受溶解氧的影响，故本研究利用电极对H2O2的电催化氧化性能
对其进行定量测定。结果显示，氧化峰电流与H2O2浓度在0.010～15 mmol/L
范围内呈线性关系，线性方程为Ip(μA)=3.072+10.975 c(H2O2)，相关系数为
0.999 2。
研究了电位扫描速率对H2O2氧化峰电位和峰电流的影响。结果表明：在10～100 mV/s范围内，峰电流与扫速的平方根成正比，表明电极过程受H2O2的扩
散控制。另一方面，随着扫描速率的增大，峰电位逐渐正移，表明电极过程还受异相催化动力学因素控制，故在上述条件下，H2O2在修饰电极表面的电极过程同
时受其扩散速率和异相动力学因素控制。
研究了修饰电极在PBS，B-R和HAc-NaAc等常用缓冲溶液中对H2O2的电催化活性。结果表明，在上述缓冲溶液中电极对H2O2的电催化氧化均表现出一定活
性，但在PBS缓冲溶液中的过电位最低，电流响应最大，峰形相对较好，因此选
择PBS缓冲溶液作为支持电解质。进一步研究了溶液酸度的影响。结果表明，在pH 5.0～9.0范围内，随pH值的增大，峰电流先增大后减小，在pH 7.0时达到
最大，因此选择pH 7.0的0.10 mol/L PBS作为支持电解质。
2.3 安培法检测H2O2
采用动态安培法考察了工作电位对H2O2测定灵敏度的影响。结果表明，在
0.10～0.45 V电位范围内，随着工作电位的增大，修饰电极对H2O2的电流响应
逐渐增大，至0.40 V时基本不变，故选择0.40 V作为安培法的工作电位。图4
为在0.40 V的工作电位下，向不断搅拌的PBS溶液中连续加入不同浓度H2O2
时的动力学电流～时间曲线(I～t)。由图可见，随着H2O2的加入，电流逐渐增大，符合稳态电流的特征。在优化条件下，电流与H2O2浓度在2.0×10-8～1.5×10-
3 mol/L范围内呈线性关系，线性方程为：I(μA)=0.557+0.061 6 c(μmol/L)，
r=0.999 1，检出限(3sb)为8.0×10-9 mol/L，灵敏度为61.6 μA/(mmol·L-1)。
与其它非酶过氧化氢传感器相比(表1)，AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs/GCE具有线性范围宽、检出限低和灵敏度高等特点，有望用于实际水样中过氧化氢含量的测定。另一方面，由于本实验采用电氧化测定H2O2，可有效避免溶解氧及水中
金属离子对测定的影响。
2.4 干扰实验
采用动态安培法考察了水样中可能存在的干扰物对测定的影响。具体方法为：间隔50 s依次加入一定量的过氧化氢和不同量的干扰物质，记录I～t曲线，测量电流。结果表明，对1.0×10-6 mol/L H2O2，当电流响应的误差不超过±5%时，50倍
的苯酚，100倍的，200倍的和Fe3+，以及500倍的Cu2+均不干扰测定，水中其它常见离子，如均不干扰测定。以上结果说明该电极具有良好的选择性，可用于天然水中过氧化氢含量的测定。
2.5 样品的测定
为了考察该电极的实用性，以延河水作为模拟水样进行加标回收实验。将原始水样用滤纸过滤，加入适量过氧化氢，用0.10 mol·L-1 PBS溶液稀释10倍，使其中过氧化氢浓度为0.10 μmol/L，制成模拟水样。再向模拟水样中加入不同浓度的H2O2标准溶液，用标准加入法测定并计算回收率，测定结果如表2所示。结果显示，H2O2的回收率为99.0%～104%,表明该修饰电极可用于实际水样中
H2O2含量的测定。
2.6 修饰电极的稳定性与重复性
在优化实验条件下，对2.0×10-5 mol/L H2O2溶液连续测定10次，得到相对标准偏差(RSD)为2.9%。同样方法制备5支该修饰电极，测得2.0×10-5 mol/L
H2O2的RSD为5.1%。将电极置于室温下保存30 d后再测试，H2O2的氧化峰电流几乎不变，表明该修饰电极具有良好的稳定性和重复性。
采用原位化学还原法及静电组装法制备了金纳米粒子-石墨烯量子点-多壁碳纳米管多元纳米复合材料。并采用滴涂法制备了该复合材料修饰电极，研究了该电极对过氧化氢的电催化氧化活性及安培法检测过氧化氢时的分析性能。结果表明：复合材料中的纳米金提高了电极的催化活性，石墨烯量子点改善了金纳米粒子的分散性及粒径，碳纳米管改善了修饰电极表面的通透性及导电性，在三者的协同作用下，该电极对过氧化氢的电氧化过程具有强的催化活性，可用于天然水中过氧化氢的高灵敏度检测。
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基于石墨烯和金纳米棒复合物的过氧化氢电化学传感器
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/a319190892.html, 基于石墨烯和金纳米棒复合物的过氧化氢电化学传感器 作者：李理卢红梅邓留 来源：《分析化学》2013年第05期 摘要：利用阴离子型聚合物聚乙烯吡咯烷酮（PVP）保护的带负电荷的还原态石墨烯（GN）与带正电荷的金纳米棒（AuNR）之间的静电吸附，通过层层自组装的方法研制出一种新型过氧化氢（H2O2）传感器。首先将PVP保护的石墨烯（PVPGNs）吸附到表面干净的裸玻碳电极（GCE）上，再将PVPGNs修饰的电极浸泡于金纳米棒溶液中，通过静电吸附将金纳米棒负载在PVPGNs膜之上。以循环伏安及计时安培电流等方法对修饰电极的性质进行了表征。结果表明，制备的PVPGNsAuNRsGCE对H2O2的催化还原显示出好的电催化活性。测定H2O2的线性范围为25～712 靘olL；检出限（SN=3）为7.5 靘olL。此传感器制作简单，具 有响应快、稳定性好、灵敏度高等特点。 关键词：石墨烯；金纳米棒；过氧化氢；生物传感器 1引言 过氧化氢（H2O2，双氧水）作为氧化剂、还原剂和催化剂在工业、环境、制药、食品分析和临床诊断等领域得到广泛应用。医学上用双氧水（3%左右或更低，wV）作消毒剂；在食品行业中，双氧水作为生产加工助剂，应用于饮料、乳品、啤酒等生产过程中，但双氧水的过量使用会对人体健康产生不良影响[1]。因此，构建简单、灵敏的H2O2检测方法，对H2O2含量的精确测量具有重要意义。目前，检测低含量双氧水的主要方法有化学发光法[2]、荧光法[3]、分光光度法[4]及电化学分析法[5]等。电化学方法由于操作简单、灵敏度较高、快速而广泛受到重视。已有许多文献报道辣根过氧化物酶（HRP）修饰的电化学生物传感器对H2O2的检测[6，7]。另外也有报道一些蛋白质如过氧化物大豆酶、血色素、肌球素[8]用于H2O2的测定，而关于无酶的H2O2传感器的报道甚少。 石墨烯是单层碳原子紧密堆积形成的二维蜂窝状晶格结构的晶体，石墨晶体薄膜的厚度只有0.335 nm，其独特的二维结构使其具有优异的电学、力学、热学及化学性质[9]，因其优异 的电子转移性能和大的比表面积而用于电化学生物传感器[10]。但石墨烯片层间存在痧共轭和较大的范德华力，容易堆积和聚集，这给石墨烯的研究和应用带来了极大的困难。为了克服这个问题，对其进行有效的功能化修饰尤其重要。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种水溶性高分子化合物，具有胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用，但其最具特色的是其优异的溶解性能及生理相容性。据文献报道PVP保护的石墨烯纳米片胶体溶液在水、乙醇和二甲基甲酰胺中展现了高的溶解性和稳定性[11]。
纳米材料在电化学生物传感器中的应用
纳米粒子在生物电化学传感器中的应用 赖自成 先进材料与纳米科技学院
第一章电化学生物传感器概述 电化学生物传感器的原理与分类 目前为止，生物传感器中研究成果较多的是电化学生物传感器。电化学生物传感器是以生物活性物质为敏感基元，以电化学电极为信号转换器，以电势、电流或电容为特征检测信号的生物传感器。当待测物质(底物、辅酶、抗原抗体等)扩散进入固定化生物敏感层，经分子识别，发生生物化学反应，继而被相应的化学或物理换能器转换成可定量和处理的电信号，再经过二次仪表放大并输出，便可得到待测物浓度。电化学生物传感器根据分子识别元件的不同，可分为酶电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等;按照换能器的不同可以分为电位型、电流型、电导型和电容型等电化学生物传感器。 生物组分的固定化 要让生物组分作为传感器敏感膜使用，必须将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗原、抗体、细胞等，包藏或吸附于某种材料，形成一层敏感膜，这被称为生物组分的固定化。因为生物组分的固定化即使决定着生物传感器的稳定性、选择性和灵敏度等主要性能，所有选择合适的方法对生物组分进行固定生物传感器的研究和开发中具有至关重要的作用，应满足一下几个条件首先固定后的生物识别分一子仍能够保持很好的活性其次固定化层应有良好的稳定性与耐受性，且能适应多种测试环境最后是生物膜与转换器必须紧密接触，这样有利于信号传输和转换。经过近几十年的不断研究，已经建立了多种生物分子固定化方法，目前，被广泛使用的固定化技术主要有吸附法、交联法、包埋法、共价键合法、组合法和电化学聚合法等。 吸附法是通过物理吸附对生物分子进行固定，是一种较为简单、经济的方法。而且可供选择的载体类型相对较多，操作条件温和，对生物分子活性影响较小，但生物分子与固体表面结合力较弱，容易导致固定化生物分子的泄漏或脱落，并且生物分子暴露在外，容易受到温度、、离子强度等环境因素的影响。 交联法通常使用双功能基团试剂，在生物分子之间、生物分子与固定材料之间交联形成网状结构而达到固定化的方法。最长见的交联试剂为戊二醛，它能在温和
基于层层自组装技术制备石墨烯多壁碳纳米管共修饰的过氧化氢传感器的研究
基于层层自组装技术制备石墨烯多壁碳纳米管共修饰的过 氧化氢传感器的研究 摘要利用阳离子型聚合物聚二烯丙基二甲基氯化 铵（PDDA）和功能化的带负电荷的多壁碳纳米管（MWNTs）及石墨烯（GR）之间的静电吸附，通过层层自组装的方法在玻碳电极的表面制备了均一、稳定的（PDDA/GR/ PDDA/MWNTs）5多层膜。以交流阻抗及循环伏安等方法对修饰电极的性质进行了表征。结果表明，该电极对过氧化氢（H2O2）的氧化显示出较好的电催化活性, 在工作电位为1.0 V，0.067 mol/L磷酸盐缓冲溶液（PBS）中对H2O2响应灵敏度高，检测范围宽，测定H2O2 的线性范围为6 ×10－6 ～1.4×10－2 mol/L （相关系数为0.997）。检出限为1.2 ×10－7mol/L（S/N＝3）。并且表现出良好的稳定性和高选择性。该电极用于实际样品中H2O2的测定，结果令人满意。 关键词石墨烯；碳纳米管；玻碳电极；H2O2 1 引言 H2O2（H2O2, 双氧水）在不同的情况下可有氧化作用或还原作用，医用双氧水（3%左右或更低）是很好的消毒剂。工业用35%左右的H2O2用于漂白，作强氧化剂，脱氯剂，燃料等。在食品行业，H2O2作为生产加工助剂应用于乳品、
饮料、水产品、瓜果及啤酒等生产过程中，但H2O2超标使用会对人体健康产生不良影响[1]。因此，构建灵敏、简单的H2O2检测方法，对于H2O2含量的有效监控具有重要意义[2]。目前，H2O2的测定方法有化学发光法[3] 、荧光法[ 4] 、光度法[5]及电化学方法等[6,7]。其中电流型传感器由于简单灵敏而备受关注[7]。 自2004年Novoselov 用机械的方法成功地将石墨层片剥离，观察到单层石墨层片的存在以来[7]，石墨烯（GR）以其独特的结构和优异的性能，已成为研究热点之一。石墨烯是组成石墨晶体的基本结构单元，这种单独存在的只有一个原子厚度的二维晶体具有非常独特的电性能、导热性能和光学性质[8～13]。石墨烯还可以看作是大的层片分子，双面都可以吸附小分子物质。此外还具有高力学性能和透光性。这些特性导致石墨烯在超导、电化学储能和聚合物增强等方面有广阔应用前景[14，15]。理想的石墨烯化学稳定性高，其表面成惰性状态，很难作为电化学材料在电化学领域应用。但通过化学还原氧化石墨的方法制备的石墨烯，由于其表面和边缘具有少量的缺陷而拥有优异的电催化和化学性能。 多壁碳纳米管（MWNTs）的独特结构决定了它具有许多特殊的物理和化学性质，是一种具有优异导电性、吸附性及生物相容性等特性的纳米材料，将其引入传感器领域，极
碳纳米管负载纳米金-石墨烯量子点修饰电极电化学检测过氧化氢
碳纳米管负载纳米金-石墨烯量子点修饰电极电化学检测过氧 化氢 于浩;高小玲;徐娜;陈小霞;冯晓;金君 【摘要】采用过氧化氢刻蚀法制备石墨烯量子点(GQDs),再采用原位化学还原法制备金纳米粒子-石墨烯量子点纳米复合物(AuNPs-GQDs),最后以聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)为交联剂将上述纳米复合物组装于多壁碳纳米管表面,制得金纳米粒子-石墨烯量子点-PDDA-多壁碳纳米管复合材料(AuNPs-GQDs-PDDA-MWCNTs).通过荧光光谱法、紫外-可见吸收光谱法和透射电子显微镜对上述复合材料进行表征.采用滴涂法制得该复合材料修饰的玻碳电极,研究了过氧化氢在该电极上的电化学行为.结果表明:在石墨烯量子点、金纳米粒子和多壁碳纳米管三者的协同作用下,该电极对过氧化氢的电氧化表现出强的催化活性.在优化条件下,安培法检测H2O2的线性范围为2.0×10-8~1.5×10-3 mol/L,检出限(3sb)为8.0×10-9 mol/L,灵敏度为61.6 μA/(mmol?L-1).%A glass carbon electrode was modified with gold nanoparticles(AuNPs),graphene quantum dots(GQDs) and multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) composite by dropping method.Firstly,GQDs were prepared using hydrogen peroxide as etching agent,then the gold nanoparticles-graphene quantum dots composite(AuNPs-GQDs) was prepared by in situ chemical reduction method and loaded on MWCNTs with poly dimethyl diallyl ammonium chloride(PDDA) as a crosslinking agent.The characterization of this composite was investigated by fluorescence spectrometry(MFS),UV-Vis absorption spectroscopy(UV-Vis spectra) and transmission electron microscopy(TEM).A glass carbon electrode modified wtih the
石墨烯／酶纳米复合多层膜修饰电极测定食品中的过氧化氢含量
石墨烯／酶纳米复合多层膜修饰电极测定食品中的过氧化氢含 量 倪鹏;江涛;施锦辉;张晓冬;倪天宸;李阳;吴忧凡;王金娟 【摘要】以聚阳离子聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA ）为功能高分子，修饰了 石墨烯氧化物（GO）并与之复合，通过还原反应，制备了PDDA功能化的石墨烯复合材料（PDDA-G）。该复合材料在水溶液中具有良好的分散性。采用层层自 组装方法，以静电作用为自组装驱动力，将PDDA-G和辣根过氧化物酶交替组装，制备了石墨烯／酶纳米复合多层膜修饰电极。该酶生物传感器用于过氧化氢的测定时具有快速的安培响应。过氧化氢的线性范围为1．0～155．0μmol·L－1，检出限为0．3μmol·L－1。对50．0μmol·L－1过氧化氢溶液连续测定8次，测定值 的相对标准偏差为2．6％。方法应用于食品样品中过氧化氢的测定，测定结果与 国家标准方法的测定值相符。%Polydimethyldiallylammonium chloride (PDDA)was used as functional polymolecules to modify oxide of graphene,and a composite material of PDDA-graphene (PDDA-G)was prepared by reduction.A dispersion of PDDA-G in water was easily prepared.By the electrostatic force,graphene-enzyme nanomultilayers modified electrode was fabricated by alternate self-assembling of PDDA-G and horseradish peroxidase. This modified electrode was used as an enzyme biosensor which displayed rapid amperometric response,when used in the determination of hydrogen peroxide.Linearity range of hydrogen peroxide was found between 1.0μmol·L-1 and 155.0μmol·L-1 with detection limit of 0.3μmol·L-1 .Precision of the method was tested at the concentration level of 50.0μmol·L-1 hydrogen peroxide solution for 8
化学修饰电极
文献阅读报告 1化学修饰电极 1.1化学修饰电极简介 化学修饰电极是当前电化学和电分析化学领域非常活跃的研究热点。化学修饰电极是通过对电极的表面进行化学修饰和功能化改性，将具有优良化学性质的离子、分子、聚合物等修饰物质以薄膜的形式固定在电极表面，赋予电极一些特定的化学和电化学性质，从而改善电极的选择性、灵敏度和响应时间等性能。1975年化学修饰电极的问世，突破了传统电化学中只限于研究裸电极电解液界面的范围，开创了从化学状态上人为地控制电极表面结构的领域。通过对电极表面的分子剪裁，可按意图赋予电极预定的功能，以便能够在电极上有选择地进行所期望的反应，在分子水平上实现电极功能的设计。研究化学修饰电极的表面微结构和界面反应，不仅能够促进电极过程动力学理论的发展，同时它显示出的催化、光电、富集和分离、分子识别、搀杂和释放等效应和功能，使整个电化学领域显示出非常具有吸引力的发展前景。 1.4化学修饰电极的制备 化学修饰电极就是利用化学或物理的方法对电极表面进行修饰，形成具有特定预期功能的膜，以完成对电极的功能设计。因此，化学修饰电极的制备是开展这个领域研究的关键。常用的电极修饰方法有吸附法、共价键合法、电化学沉积法、电化学聚合法、掺入法等。 1.4.1吸附法 吸附法主要用于制备单分子层或多分子层的化学修饰电极，根据修饰物质在电极上吸附的方法不同，可分为以下几种： 化学吸附法：化学吸附法是一种通过电极表面与溶液之间的非共价吸附作用而将修饰物质结合到电极表面的方法，修饰物质在电极表面可以达到热力学吸附平衡。强吸附性物质（如核酸、蛋白质、生物碱以及多环芳烃等）都可以通过非共价作用吸附在电极表面。化学吸附法与吸附物质的浓度、电解液的组成、电极电位等都有关系，是一个可逆的过程。该方法的优点是操作简单、直接，缺点是吸附层不易重现，被吸附的修饰物质容易流失。但是在严格控制的实验条件下，能够获得较好的重现性。
电化学传感器用碳材料的制备及应用综述
电化学传感器用碳材料的制备及应用综 述 摘要：近年来电化学传感器由于对痕量物质检测敏感，被广泛应用于环境保护监测及医学检测等相关领域，由于碳材料具有成本低廉、检测灵敏度高、操作简单等优势，使其在电化学传器的制备过程脱颖而出。本文综述了新型碳纳米材料、改性碳材料的制备及其修饰电极用作电化学传感器在痕量检测方面的作用。 关键词：传感器、改性、氮 良好的导电、导热性，比表面积大是新型碳纳米材料具有的显著特征，使其能满足电化学传感器的性能需求，为了提高进一步碳纳米材料的电催化活性、稳定性、检测灵敏度等高性能电化学传感器需求，研究者采用不同类型的原子、分子等对碳材料进行掺杂，发现改性后的碳材料性能有明显的提升。相比于传统化学的测定方法，成本低，操作简单，灵敏度高等优势成为改性碳材料修饰电极的一大特点。 目前关于改性碳材料的研究很多，普遍应用于一些环境或人体体液中微量物质含量的测定。本文对新型碳纳米材料（碳纳米管、石墨烯和多孔碳）的制备方法，单独氮掺杂碳材料和复合材料掺杂碳材料的制备及其修饰电极作为电化学传感器在微量物质含量测定方面的应用进行详细的介绍。 1、改性碳材料在电化学传器的制备过程的应用 应用于电化学传感器中的碳材料能够促进电子的移动和降低电化学氧化还原中的过电位作用[1]。由于通过物理化学的方法对原型碳材料（新型碳纳米材料如碳纳米管、石墨烯、多孔碳等）进行改性掺杂其他类型的原子、分子等，使之提高电化学传感器的性能。 1.1碳纳米管
碳纳米管具有高比表面积，良好的导电和机械性能，在电化学领域前景广阔。碳纳米管的制备有两种方法：一是电弧放电、激光烧蚀法等热处理法，二是化学 气相沉积法[2]。 电弧放电、激光烧蚀法是利用电弧放电或激光烧蚀将石墨加热到3000-4000℃，使碳原子挥发，从而生成碳纳米管[2]。但热处理的方法制得的碳纳米 管副产物较多，为了解决这个问题，在使用电弧法的过程中，Ebbesen[3]等人发 现采用在空气中加热的方法可以除去副产物，制得纯的多壁碳纳米管。 Bethune[4]等人发现加入金属催化剂可以除去副产物，制备单壁碳纳米管。而在 采用激光烧蚀法时，Smalley[5]等人发现只要将生长出来的粗产品在硝酸溶液中 回流，就能将副产物除去，制备单壁碳纳米管。 化学气相沉积法是在管式炉中通入碳氢化合物气体，并且将温度加热至500-1000℃的范围内，在过渡金属纳米颗粒催化剂的作用下即可制备碳纳米管[2]。 虽然通过化学气相沉积法制得的碳纳米管容易出现结构缺陷，但是它的反应条件 相比于热处理法更温和，可大规模生产，因而被广泛应用[6]。 1.2石墨烯 石墨烯是一种单层石墨结构的二维晶体，常被用作电极材料[7]。石墨烯的 制备方法有两类，一是利用物理或化学的方法，剥离得到单层或少层石墨烯，二 是通过化学反应合成石墨烯片层[8]。 机械剥离法和剥离碳纳米管法都是通过物理方法制得石墨烯，虽然制得的石 墨烯质量好，但产率低[8]。剥离氧化石墨法是通过化学方法进行氧化制得氧化 石墨，再经过超声震荡和还原处理[8]。由于该方法相对成本便宜，产率高，是 目前应用于制备石墨烯的主要方法[2]。 化学气相沉积法采用催化使碳源和气态条件下发生反应制备石墨烯[8]，该 法质量高，成本也高[6]。外延生长法是利用硅原子比碳原子升华速度快的原理，一般以碳化硅为原料，在高温低压的条件下，硅升华只留下碳在表面，再经过重 构生长就可制得石墨烯[2]。但通过这种方法制得的石墨烯质量低[8]。
碳纳米材料在修饰电极领域的应用
碳纳米材料在修饰电极领域的应用 谷飞;鲍昌昊;黄蓉萍;马静芳;李元;李梅;程寒 【摘要】Carbon nanomaterials have received great interest because of their unique mechanical, electrical, and chemical properties.Especially, some kinds of novel carbon materials including carbon nanotubes and graphene due to great specific surface area, high conductivity, and good biocompatibility become research focus.Carbon nanomaterials have showed their unique advantages for modified electrodes in electrochemical field.Carbon nanomaterial modified electrode has high sensitivity, selectivity and good medium ellect.This paper mainly review the research and application of carbon nanomaterials including carbon nanotubes, graphene, fullerene, and nanodiamond to modified electrodes.%碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能等特点,被人们广泛研究,特别是具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管和石墨烯更是研究的热点, 在电化学领域显示出独特的优势.采用碳纳米材料修饰的电极具有高灵敏度、高选 择性及优良的媒介作用.主要阐述了碳纳米材料在修饰电极领域中的应用,从功能及应用上重点探讨了近年来碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米金刚石等碳纳米材料在修饰电极领域的研究进展. 【期刊名称】《化学研究》 【年(卷),期】2017(028)002 【总页数】6页(P263-268)
化学修饰电极
化学修饰电极 化学修饰电极是20世纪70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域。化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物设计固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已应用于生命、环境、能源、分析、电子以及材料学等诸多方面。 一、研究修饰电极的实验方法：目前，主要应用电化学和光谱学的方法研究修饰电极，从而验证功能分子或基团已进入电极表面，电极的结构如何，修饰后电极的电活性、化学反应活性如何，电荷在修饰膜中如何传递等。 1、电化学方法：通过测量化学反应体系的电流、电量、电极电位和 电解时间等之间的函数关系来进行研究的，用简单的仪器设备便能获得有关的电极过程动力学的参数。常用的方法有循环伏安法1，2，微分脉冲伏安法3,4，常规脉冲伏安法5-8，计时电流法，计时库仑法，计时电位法以及交流伏安法和旋转圆盘电极法。 2、光谱法：能够在分子水平上研究电极表面结构的微观特性，如数量，空间，与电极材料成键的类型，平均分子构象，表面粗糙度对结构的影响，聚合物的溶胀，离子含量，隧沟大小，聚合物结构中的流动性等，这些对于修饰电极的应用是十分重要的。研究化学修饰电极的常用表面分析方法有X光电子能谱（XPS）9-11、俄歇电子能谱（AES）12-14、反射光谱(Vis-UV15,16, 红外反射光谱17)、扫描电镜(SEM)18-20、
光声及光热光谱等。 二、化学修饰电极的分类：一般分为吸附型、共价键合型、聚合 物型三大类。 1、吸附型：用吸附的方法可制备单分中层，也可以制备多分子层修饰电极。将修饰物质吸附在电极上主要通过四种方法进行：平衡吸附型，静电吸附型，LB膜吸附型，涂层型。 平衡吸附型21-25：在电解液中加入修饰物质，它们就会在电极表面形成热力学吸附平衡。强吸附性物质，如高级醇类、硫醇类、生物碱等在电解液中以10-3~10-5mol/L低浓度存在时，有时能生成完整的吸附单分子层，一般则形成不完全的单分子层。这种吸附式可逆的，与浓度、电解液组成、电极电位等都有关。这种方法直接、简单，但修饰物质有限，修饰量一般也较少，因此，在应用上有一定的限制。 静电吸附型26-30：电解液中离子能以静电引力在电极表面集聚，形成多分子层，一般需要在10-1~10mol/L的高浓度溶液中，也可能在低浓度溶液中。静电吸附在热力学上不可逆的。过去在电化学体系中所谓支持电解质的影响，其本质可能就是其离子在电极表面的静电吸附，起到了修饰电极的作用。 LB膜吸附型31-35：将不溶于水的表面活性物质在水面上铺展成单分子膜（LB膜）后，将亲水基伸向水相，而疏水基伸向气相。当该膜与电极接触时，若电极表面是亲水性的，则表明活性物质的亲水基向电极表面排列，若电极表面是疏水性的，则逆向排列。这时，加一定的表面压，并依靠成膜分子本身的自组织能力，得到高度的分子有序排
电化学传感器在环境中重金属检测的应用研究
电化学传感器在环境中重金属检测的应用研 究 电化学传感器是一种通过电化学反应来检测物质浓度的传感器。它具有灵敏度高、响应速度快、检测范围广等优点，因此在环境监测中得到了广泛应用。重金属是环境中的一种污染物，会对人类和生态环境造成严重危害。本文将介绍电化学传感器在重金属检测中的应用研究。 1. 重金属污染的危害 重金属是指密度大于4.5g/cm³的金属元素，包括铅、镉、汞等。它们在环境中 存在的主要途径是工业废水、废气、废渣等，也可以通过农业、矿产等活动间接进入环境中。重金属具有毒性、蓄积性和生物放大性等特点，其污染会对人类和生态环境造成严重危害。 重金属的长期暴露会导致慢性中毒，影响人体各个系统和器官的功能，造成各 种疾病，如铅中毒、镉中毒等。同时，重金属对生态环境的影响也很大。它们会蓄积在生物体内，通过食物链传递，对生态系统造成破坏。因此，重金属的检测对于环境保护具有重要意义。 2. 电化学传感器的原理 电化学传感器是一种通过电化学反应来检测物质浓度的传感器。它通常由电极、电解液和信号处理单元组成。电极是传感器的核心部件，主要分为工作电极、参比电极和对比电极。电解液是传感器中传导电子的介质，其种类和配比对传感器性能有很大影响。信号处理单元负责将电化学信号转换成数字信号输出。 电化学传感器的工作原理是：传感器的工作电极上覆盖有一层反应物质，当被 检测物质与反应物质相互作用时，会发生电化学反应，产生电流信号。传感器通过测量电流信号的大小，来确定被检测物质的浓度。
3. 电化学传感器在重金属检测中的应用 电化学传感器在重金属检测中的应用主要分为以下几个方面： 3.1 铅的检测 铅是一种广泛存在于环境中的重金属，对人体和生态环境均有危害。传统的铅 检测方法通常需要复杂的样品前处理过程，耗时费力。而采用电化学传感器检测铅则具有灵敏度高、响应速度快、操作简便等优点。目前针对铅的电化学传感器主要有石墨电极、碳纳米管电极、石墨烯电极等。 3.2 镉的检测 镉是一种广泛存在于环境中的重金属，对人体和生态环境均有危害。镉监测的 传统方法通常是采用火焰原子吸收光谱法等，这些方法具有灵敏度高、精度高等特点，但需要耗费大量的时间和金钱。而采用电化学传感器监测镉则具有响应速度快、操作简便等优点。目前镉监测的电化学传感器主要有银电极、碳纳米管电极等。 3.3 汞的检测 汞是一种毒性很大的重金属，广泛存在于环境中。传统的汞检测方法主要是采 用非常规分析法，其成本和难度都非常高。而采用电化学传感器监测汞则具有灵敏度高、响应速度快、操作简便等优点。目前汞监测的电化学传感器主要有金电极、石墨烯电极等。 4. 总结 电化学传感器作为一种新型的检测技术，在环境监测中具有广泛的应用前景。 针对重金属的检测，电化学传感器具有灵敏度高、响应速度快、操作简便等优点。但是，电化学传感器的应用还需要进一步推广和完善，以满足环境监测的需要，为保护环境和人类健康做出更大的贡献。
纳米材料在电化学检测和传感中的应用
纳米材料在电化学检测和传感中的应用 电化学检测和传感技术是一种非常有效和广泛应用的技术。它具有灵敏度高、 选择性好、实时性强等优点，因此在医学、环保、安全检测等领域应用广泛。近年来，纳米材料的发展与应用为电化学检测和传感提供了全新的思路和手段。本文将从纳米材料的定义、性质以及在检测和传感领域的应用进行探讨。 一、纳米材料的定义和性质 纳米，是指尺寸在1~100纳米之间的物质。纳米材料则是指在纳米尺度下制备 的材料。纳米材料具有明显的量子效应、表面效应、空间限制效应等独特的物理和化学性质。其中，表面效应是最明显的。由于纳米材料的比表面积大，其表面原子数目相对体积内的原子数目增加。因此，纳米材料具有更高的表面能、化学活性、催化活性、生物相容性等特性。 二、纳米材料在电化学检测中的应用 电化学检测法是通过电化学反应检测样品中的物质，从而实现对其分析定量的 技术。纳米材料在电化学检测中的应用主要集中在增强电化学信号和提高传感器选择性上。 1. 增强电化学信号 纳米材料的尺寸和表面性质使其在电化学反应中表现出明显的增强作用。例如，金纳米颗粒能够增强氧化还原反应在电极上的峰电流。这是因为金纳米颗粒的表面具有精细的纳米结构，面积相对较大以及其在检测反应间的相互作用，激活了电化学反应，增强峰电流强度。因此，纳米材料在电化学检测中能够提高分析灵敏度，增强电化学信号。 2. 提高选择性
纳米材料具有调控组成和表面性质的特点。利用这些特点，可以制备具有高选 择性的电化学传感器。以金纳米棒为例，它可以通过改变其棒长宽比来调控其吸收光谱，从而增强传感器的选择性。又如，石墨烯氧化物不仅具有化学惰性，更重要的是其表面含有多种官能团。可以利用这种多样性来选择性地吸附和识别特定的单分子或离子。这样的传感器能够根据不同的生物分子或环境物质作出特定响应。三、纳米材料在电化学传感中的应用 电化学传感器是一种将电化学检测技术与传感器技术相结合的新型传感器。因 其具有灵敏度高、选择性好、实时性强等优点，使其在生物医学监控、环境污染监测、数字诊断等方面应用广泛。纳米材料在电化学传感中的应用主要有以下两个方面： 1. 传感器构建 纳米材料通过调节形貌、尺寸、表面性质等方法，可制备出高灵敏度和选择性 的传感器。以金纳米颗粒为例，它通过表面功能化或核-壳结构的合成方式，可以 制备出用于葡萄糖检测的金纳米颗粒传感器和用于水污染检测的金纳米带传感器等。又如，量子点在制备传感器时表现出优异的荧光性能。通过将量子点与靶物相互作用，量子点就会发生辐射耦合，从而在荧光信号强度上发生可观的变化。量子点的此类特性可以用于检测各种物质，如离子、蛋白质、酸、氧化剂等。因此，纳米材料在传感器构建中扮演着不可替代的角色。 2. 生物医学监测 生物医学监测是电化学传感技术的重要应用领域之一。纳米材料在生物医学监 测中主要起到两个作用：一是在生物分子的检测中起到信号放大的作用。以核酸分子检测为例，通过纳米金和银的表面共振效应及其催化作用，将核酸分子检测的灵敏度提高到nmol/L的级别。二是将生物物质固定在纳米材料表面，保持其天然构象，从而保证检测的快速和准确。例如，脱氧核糖核酸（DNA）固定在表面功能
碳纳米材料在电子器件中的应用
碳纳米材料在电子器件中的应用随着科技的不断进步，电子器件作为现代科技不可或缺的组成 部分，正快速发展着。碳纳米材料由于其独特的性能，开始在电 子器件中扮演着越来越重要的角色。本文将从碳纳米管、石墨烯 和纳米金粒三个方面，探讨碳纳米材料在电子器件中的应用。 一、碳纳米管 碳纳米管是一种由碳原子形成的管状结构。由于其具有高导电性、高热导性、高强度和高韧性等特性，被广泛应用于电子器件。 1. 晶体管 碳纳米管晶体管是近年来研究的焦点。相比传统晶体管，碳纳 米管晶体管具有更小的体积和更快的开关速度，并能耗，更加适 合电子器件的微型化。此外，碳纳米管晶体管的源、漏极以及栅极，可以通过短碳纳米管相互连接形成，实现更自由的方向布线。 2. 存储器
碳纳米管也可以作为芯片存储器材料。使用碳纳米管制作的存储器能够实现非常高的存储密度，同时速度也能得到保证。这种存储器主要应用于闪存卡等智能设备中。 3. 传感器 吸附在碳纳米管表面的气体分子或生物分子会改变它们周围电子的浓度和运动速度，从而对其物理性质产生影响。通过利用这个原理，可以制造高灵敏度和高选择性的生物传感器和气体传感器。 二、石墨烯 石墨烯是由一层碳原子单元构成的二维晶体，具有优异的导电性、热导性、力学强度以及一些独特的光学性质。石墨烯的应用已经走出了实验室，已被应用于各种电子器件中。 1. 晶体管
石墨烯晶体管是一种高性能的晶体管。石墨烯晶体管通过控制 石墨烯薄膜的宽度和长度，可以实现极小的尺寸和高性能。此外，石墨烯晶体管的运行速度和可靠性也能得到极大的提高。 2. 透明导电膜 由于石墨烯膜具有高透明度和高导电性，可以制作成透明导电膜。透明导电膜可用于制作各种电子器件，如触摸屏，太阳能电 池等。 3. 复合材料 将石墨烯与其他材料相结合，可以大幅度提高被结合材料的性能，如强度、硬度、导电性等。这种复合材料可以应用于微电子 器件、材料工程等领域。 三、纳米金粒 纳米金粒是金原子集团在纳米尺度下形成的粒子，具有优异的 光电性能和电化学性能，特别适用于各种纳米电子器件。
碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构的制备及其电化学储能性能研究
碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构的制备及其电化 学储能性能研究 碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构的制备及其电化学储能性能研究 摘要： 碳纳米管（CNTs）和石墨烯（GR）作为新型二维碳材料，在能源领域具有广阔的应用前景。本研究采用溶胶-凝胶法制备了 碳纳米管和石墨烯负载硒化镍（NiSe）纳米结构，并研究了其电化学储能性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显 微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等表征手段对样品的形貌和结构进行了表征。电化学性能测试结果表明，碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构显示出优异的储能性能和循环稳定性。因此，该研究为碳纳米管和石墨烯在电化学储能领域的应用提供了新的思路和方法。 引言： 随着现代社会的快速发展和人们对能源需求的增长，研究高效储能材料成为迫切需求。电化学储能作为一种重要的储能手段，已经广泛应用于电动汽车、可再生能源储能和便携式电子设备等领域。然而，传统的电化学储能材料存在容量小、循环稳定性差等问题。因此，开发新型电化学储能材料成为当前研究的热点之一。 碳纳米管和石墨烯作为新兴的二维碳材料，因其独特的结构和优异的电化学特性，受到了广泛的关注。碳纳米管具有很高的比表面积和导电性能，石墨烯具有超高的导电性能和机械强度。这些特性使得碳纳米管和石墨烯成为理想的储能材料载体。然而，碳纳米管和石墨烯单独使用时，其电化学性能仍然
有待进一步提高。 为了进一步提升碳纳米管和石墨烯的电化学性能，我们将其与硒化镍（NiSe）纳米结构进行了复合。硒化镍作为一种典型的过渡金属硫化物材料，具有出色的导电性能和储能性能。通过碳纳米管和石墨烯的负载，可以提高硒化镍的可循环性和稳定性。因此，研究碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构的制备及其电化学储能性能具有重要的科学意义和应用价值。 实验方法： 首先，我们采用溶胶-凝胶法制备硒化镍纳米结构。将硒和镍盐在有机溶剂中反应，形成硒化镍纳米颗粒。然后，将碳纳米管和石墨烯分散于乙醇溶液中，并与硒化镍纳米颗粒混合。通过超声处理和离心步骤，使得碳纳米管和石墨烯均匀负载于硒化镍纳米颗粒上。最后，将样品干燥并在800°C下煅烧，得到最终的碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构。 结果与讨论： 通过SEM和TEM观察，可以看到样品表面均匀散布着碳纳米管和石墨烯负载的硒化镍纳米颗粒。XRD结果表明，样品形成了典型的硒化镍晶体结构。 电化学性能测试结果显示，碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构具有优异的储能性能和循环稳定性。在三电极电化学测试中，该复合材料表现出高的比电容和优异的循环稳定性。这归功于碳纳米管和石墨烯的高导电性和硒化镍的优异储能性能。此外，该复合材料还显示出优异的倍率性能，能够快速充放电。 结论： 本研究成功制备了碳纳米管和石墨烯负载硒化镍纳米结构，并研究了其电化学储能性能。结果表明，碳纳米管和石墨烯负载
纳米级电极用于电化学检测的应用研究
纳米级电极用于电化学检测的应用研究 随着科技的发展，电化学检测技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。电极是电化学检测的关键组成部分之一，其性能直接影响到检测结果的准确性和精度。近年来，纳米级电极的出现为电化学检测技术带来了新的机会和挑战。本文将对纳米级电极用于电化学检测的应用研究进行探讨。 一、纳米级电极的特点与优势 纳米级电极是指直径在纳米级别范围内的电极，通常采用纳米加工技术制备而成。与普通电极相比，纳米级电极具有如下特点和优势： 1. 尺寸小：纳米级电极体积小，表面积大，敏感区域小，使其可以更加敏感地检测物体。 2. 面积大：纳米级电极具有非常大的比表面积，可以提高电化学检测的灵敏度。
3. 信噪比高：纳米级电极由于其尺寸小的特点，可以降低噪声 并增加信号强度。 4. 稳定性好：纳米级电极具有较高的稳定性和重现性，可以提 高检测结果的准确性。 5. 可控性高：纳米级加工技术可以精确控制电极的形状和大小，从而可以定制特定领域的电极。 二、纳米级电极在生物医学检测中的应用 生物医学检测是纳米级电极应用的重要领域之一。纳米级电极 利用其体积小、灵敏度高的特点，可以极为敏感地检测各种生物 分子。例如，利用纳米级电极可以对DNA、RNA及其蛋白质分子进行检测，可以用于癌症、病毒性感染等疾病的早期诊断。 在生物医学检测中，常用的纳米级电极材料包括金属纳米线、 碳纳米管和石墨烯等。这些材料具有优异的电学性质，在生物医 学研究和检测中得到了广泛应用。
三、纳米级电极在环境检测中的应用 纳米级电极还可以应用于环境检测领域。例如，在水环境检测中，采用纳米级电极可以对水中的各种污染物进行快速、精确的 检测，如重金属、水生动物毒素等。此外，在大气环境检测中， 纳米级电极也可以用于检测空气中的有害气体，如二氧化碳、甲 醛等。 正是因为纳米级电极具有上述特点和优势，并且能够应用在各 种领域的检测中，使得其相关技术的研究和应用得到了广泛关注。 四、纳米级电极的制备技术 纳米级电极的制备技术是其得以应用的重要保障。当前，常用 的制备技术主要包括溶液法、气相沉积法、电化学沉积法、化学 气相沉积法等。这些制备技术都有其独特的优缺点，需要针对不 同的应用需求进行选择。 以氧化铝纳米级电极为例，其制备过程包括：第一步，采用溶 液法、热氧化法等方法制备氧化铝产物；第二步，采用电沉积法、
电化学传感器的研究进展
电化学传感器的研究进展 电化学传感器是一种基于电化学原理、应用于化学分析的传感器。它利用电极 与检测物质之间的电化学反应，通过测量电荷转移过程中所产生的电流、电势等信号来实现分析检测。因为具有高灵敏度、快速响应、便捷操作、实时性等优点，电化学传感器在化学分析和医学诊断等方面得到了广泛应用。 近年来，随着科学技术的不断进步，电化学传感器的研究也取得了很大的突破。本文将从以下几方面介绍电化学传感器的研究进展。 一、材料方面的研究进展 材料是电化学传感器的核心，其性能直接影响传感器的灵敏度和响应速度。因此，材料方面的研究一直是电化学传感器研究的重点之一。 在电极材料方面，石墨烯是近年来备受关注的材料。石墨烯具有高比表面积、 导电性好、化学稳定性高等优点，可以提高电化学传感器的灵敏度和稳定性。同时，石墨烯的制备方法也不断优化，例如化学气相沉积、化学还原等方法，使得石墨烯得到了广泛应用。 在敏感膜材料方面，纳米材料的应用也受到了广泛关注。例如，纳米金粒子具 有很高的表面积和复合物形成能力，可以提高电极表面上的反应速率和传感器的灵敏度。另外，还有氧化物、有机材料、碳纳米管等敏感膜材料，能够更好地实现电化学传感器的选择性和灵敏度。 二、技术方面的研究进展 除了材料方面的研究，技术方面也在不断地发展。以下将针对一些前沿技术进 行介绍。 1、表面增强拉曼光谱
表面增强拉曼光谱（SERS）是一种新型的化学分析技术，它将纳米材料等表面增强效应与拉曼光谱相结合，能够实现对微量分析样品的检测。因此，SERS应用于电化学传感器中，使得电化学传感器具有更高的灵敏度、更好的重现性和选择性。 2、微流控技术 微流控技术是利用微纳米加工技术制造微流动芯片，控制微流动行为，实现微量液体的混合、分离、传输和检测。利用微流控技术可以实现检测样品的自动化处理和高通量分析，能够提高电化学传感器的检测速度和准确性。 三、应用方面的研究进展 电化学传感器具有广泛的应用前景，在环境监测、食品安全、医学诊断等领域都有重要的作用。以下将对几个典型应用领域进行介绍。 1、环境监测 电化学传感器可以用于各种环境污染物的检测，例如重金属、有机物等有害物质的监测。其高灵敏度和快速响应特性使其能够快速检测环境中的有害污染物，及时发现和处理污染物，保障环境安全。 2、食品安全 食品中常常存在着各种有害物质，例如农药残留、重金属等。利用电化学传感器可以对这些有害物质进行准确检测，保证食品的安全性。 3、医学诊断 电化学传感器在医学诊断中的应用也越来越广泛。例如，利用电化学传感器检测血液中的各种物质，能够对疾病的诊断有很大的帮助。同时电化学传感器也可以用于药物代谢速率的检测，对于定制合适剂量的治疗有着很大的意义。
纳米材料修饰电极在电化学分析中的应用研究进展
纳米材料修饰电极在电化学分析中的应用研究进展 陈丽娟 【摘要】综述了纳米材料修饰电极在电化学分析中的应用研究.主要总结了国内外纳米金属材料、纳米金属氧化物材料、碳纳米管与碳纳米管复合物以及其他纳米材料在电化学分析中的应用研究,并指出了纳米材料修饰电极在电化学分析应用中存在的问题. 【期刊名称】《化学研究》 【年(卷),期】2010(021)005 【总页数】4页(P103-106) 【关键词】纳米材料;修饰电极;电化学分析;研究进展 【作者】陈丽娟 【作者单位】福建交通职业技术学院,安全技术与环境工程系,福建,福州,350007【正文语种】中文 【中图分类】O646 纳米材料具有表面效应,体积效应和介电限域效应等不同于块体材料的性质,可作为电极材料和催化剂,具有很高的活性和选择性.当利用纳米材料对电极进行修饰时,除了将材料本身的物化特性引入电极界面外,还使电极拥有大的比表面积,优良的吸附性能等纳米材料的特性,从而降低电极电位,提高电化学反应的速度、电极的选择性和灵敏度.这类修饰电极可用于测定多种具有活性和非活性的样品,从而使电分析化学的应用更为广泛.
纳米金属材料具有小的体积,大的比表面积,好的生物兼容性,能加速电子传输速率,而且纳米金属本身就可以作为电极材料,在电化学领域具有广泛的应用研究.目前,国内外研究者已经研究了各种不同的纳米金属材料修饰电极在电化学分析中的应用.如 纳米Au[1-4]、Ag[5-8]、Pt[9-10]和Cu[11]等.这些纳米金属修饰电极大大提高了电化学的灵敏度,如黄海平等将16 nm的纳米金固载在PANI修饰的 GCE上制备 的 H2O2传感器,由于大量的纳米金颗粒被吸附在复合膜上能加快电子传输速率,从而使该类传感器具有快速的响应,该传感器对 H2O2的检测线性范围为 1.2μmol/L～0.55 mmol/L,检出限为0.35μmol/L,且有好的稳定性[4].以普鲁士蓝 修饰的金电极为基底,以血红蛋白为过氧化氢模拟酶,利用纳米金-壳聚糖形成的纳米复合膜包埋血红蛋白研制了一种具有响应灵敏度高、时间短(<10s)、选择性高和 稳定性好的过氧化氢安培生物传感器,线性范围和检测限分别为1～5 000μmol/L 和0.27μmol/L[12].Lin等发现纳米Ag修饰的电极材料的检测限可以达到2.6 nmol/L,可以用来测量普通电极所无法测量的生物细胞色素[5].研究者还发现,纳米 金属的颗粒尺寸影响着其电化学性能,如邵玉艳等发现,经过动电位氧化后,Pt颗粒的平均粒径从3.8 nm增大到4.9 nm,从而导致Pt/CNT电极性能衰减[9].李正等研究发现金核铂壳纳米修饰电极比单独铂和金纳米粒子具有更高的催化活性,该修饰电 极的氧化峰电流与溶液中甲醛浓度有良好的线性关系,线性范围为0.01～0.4 mg/g、检出限为4μg/g,可作为甲醛的一种灵敏而快速的电化学检测工具[13]. 纳米金属氧化物由于性能稳定,无毒等特点也广泛应用于修饰电极.现已报道的纳米 金属氧化物有TiO2[14],ZnO[15],CuO[16],ZrO2[17],MnOx[18],NiO[19]和 Al2O3[20-21]等,这些金属氧化物修饰电极,也能极大地提高电化学分析的灵敏度, 响应速度和重复性.如Lu等发现,由于ZnO纳米棒具有良好的生物兼容性,用ZnO 纳米棒制备的传感器对 H2O2的还原具有很高的灵敏度、快速响应性和稳定性,其检测限可达到0.1 μg/L[15].白红艳等研究了纳米 ZnO修饰玻碳电极的电化学性能,