碳纳米管在电化学中的应用
生物质电池碳负极材料
生物质电池碳负极材料
生物质电池是一种利用生物质材料作为燃料的电化学装置。
其中，碳负极材料是生物质电池中关键的组成部分。
碳负极材料是一种能够储存和释放电子的材料，同时还能提供高度导电性和良好的电化学稳定性。
在生物质电池中，碳负极材料主要用于吸附和催化氧化燃料。
常见的碳负极材料包括炭黑、石墨、碳纳米管等。
1.炭黑是一种由碳元素组成的细小颗粒物，具有非常高的表面积和良好的导电性，能够提供足够的反应界面和电子传导通道。
同时，炭黑也具有良好的氧化稳定性和可再生性，在生物质电池中常被用作碳负极材料。
2.石墨是一种由碳元素形成的蜂窝状结构，具有优良的导电性和化学稳定性。
石墨能够提供较大的表面积和良好的电子传导性，有助于加强电极与电解质之间的接触，提高电极的电化学活性和反应效率。
因此，在一些高性能的生物质电池中，石墨常被用作碳负极材料。
3.碳纳米管是一种由碳元素构成的空心纳米管状结构，具有非常高的比表面积和优异的导电性能。
碳纳米管具有较高的电化学活性和很好的电子传导性，可以提供更多的反应极位，增强电极表面的反应活性。
因此，碳纳米管在一些要求高性能的生物质电池中也常被用作碳负极材料。
总的来说，生物质电池的碳负极材料需要具备高导电性、高化学稳定性和良好的电化学活性。
炭黑、石墨和碳纳米管都是常见的碳负极材料，在电化学性能和成本方面各有优势，可以根据实际需要选择合适的材料。
未来随着技术的不断进步，也会有更多新型的碳负极材料被开发和应用于生物质电池中，以进一步提高其性能和应用范围。
碳纳米管的性质与应用
研究碳纳米管的发光性质从其发光位置着手 研究。单壁纳米碳管的发光是从支撑纳米碳管的 金针顶附近发射的，并且发光强度随发射电流的 增大而增强；多壁纳米碳管的发光位置主要限制 在面对着电极的薄膜部分，发光位置是非均匀的， 发光强度也是随着发射电流的增大而增强。碳纳 米管的发光是由电子在与场发射有关的两个能级 上的跃迁而导致的。研究表明单壁纳米碳管的光 吸收随压力的增大而减弱，其原因在于压力的变 化会导致纳米碳管对称性的改变。
碳纳米管的性质与应用
应化0804 报告人：赵 开
主要内容
碳纳米管的简介
碳纳米管的性质
碳纳米管的应用 碳纳米管的展望
碳纳米管的简介
碳纳米管（CNT）是碳的同素异形体 之一，是由六元碳环构成的类石墨平面卷 曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子 通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。 碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方 式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。 由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管 （SWNT），多层石墨平面卷曲形成多壁碳 纳米管（MWNT）。
碳纳米管的展望
由于碳纳米管具有非常好的性能，其 尺寸又处于纳米级，因而具有很好的应用 前景，受到了多个领域研究者的广泛关注。 随着其应用研究的进展，势必引起一场科 技革命的新突破，并带动一系列相关高科 技产业的兴起与发展。在不久的将来，基 于碳纳米管的多种现代化产品将会真正进 入我们的生活，对社会的发展势必将起到 极大的推动作用。
碳纳米管在电磁学领域的应用：
碳纳米管具有良好的导电性，是一种可用于制备修饰 电极和电化学传感器的优良材料。将碳纳米管对传统电极 进行修饰可以降低氧化过电势，增加峰电流，从而改善分 析性能，提高方法选择性和灵敏度。因此，碳纳米管作为 修饰电极材料已广泛应用于分析化学领域。利用碳纳米管 的场致电子发射性能可用于制作平面显示装置，使之更薄、 更省电，从而取代笨重和低效的电视和计算机显示器。碳 纳米管的优异场发射性能还可使其应用于微波放大器、真 空电源开关和制版技术上，可用于大规模集成电路、超导 线材、超电容器，也可用于电池电极和半导体器件。碳纳 米管的直径比以往用的针尖小得多，用碳纳米管作为扫描 探针能大大提高其分辨率。利用碳纳米管的金属导电性和 半导体性能，碳纳米管还被用于制作分子级开关、半导体 器件等。
纳米碳管在催化剂中的应用研究
纳米碳管在催化剂中的应用研究一、碳纳米管的简介碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种一维的结构，由碳原子形成纳米尺度的管状物质，在物理、化学、材料科学等领域都具有广泛的应用前景。
碳纳米管单壁的直径通常为1-3 nm，在外径大致相同的情况下，壁厚可以等于单壁厚度，也可以有多壁壁层。
二、纳米碳管在催化剂中的作用催化剂是在化学反应中加快反应速率的物质，它本身并不参与反应过程，而是通过调节反应中的能量变化，实现反应条件的提高，从而促使化学反应的进行。
碳纳米管的结构、性质和表面的化学反应活性使其在催化剂中拥有独特的应用优势。
1. 催化剂支撑材料碳纳米管是一种极其优异的催化剂载体，因其优异的阻塞性能、高比表面积、良好的导电性、高的热稳定性和循环稳定性，使得其可以作为非常理想的催化剂载体来使用。
它可以将催化活性剂稳定地固定在表面上，增加反应过程中的反应基团表面密度，增加反应速率和催化效果。
2. 活性催化剂组分碳纳米管本身也具有催化活性，能够在催化反应中提供表面上的活性位点和催化反应，例如常见的氧化还原反应、还原反应、酯化反应、电荷转移反应等。
在某些反应中，碳纳米管具有比常规催化剂更强的反应选择性，更低的反应温度，更高的催化效率和更快的反应速率。
3. 电催化剂碳纳米管在电化学反应中也具有广泛的应用前景，其能够吸附活性氧和氢气等，从而作为阴、阳极催化剂。
此外，碳纳米管还可以作为超级电容器的核心材料，并且也可以应用在直接甲醇燃料电池中等电化学领域。
三、纳米碳管催化剂研究进展1. 金属催化剂的纳米碳管载体碳纳米管作为金属催化剂的载体具有协同催化作用，为氢化反应、酯化反应、氧化反应等一系列反应提供多种选择。
研究表明，使用纳米碳管作为催化剂载体可以实现对反应活性组分的定向修饰，提高反应性能和催化剂稳定性。
2. 有机功能化纳米碳管催化剂在不同的功能性化物质表面，可以通过非常简单的化学处理方法将这些材料修饰在纳米碳管表面上。
碳纳米管的性质及其应用
碳纳米管的性质及其应用碳纳米管的性质及其应用【摘要】综述了碳纳米管的结构、性质及其应用，指出碳纳米管可看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而成的纳米级无缝管状物，根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管。
碳纳米管具备良好的电学性能、热学性能及化学与电化学性能，在各个领域应用广泛。
【关键词】碳纳米管性能应用碳是地球上最丰富的元素之一，它以多种形态广泛存在于大气和地壳之中。
自1985年Smalley用烟火法成功制得C60以来，碳纳米管、碳微米管和石墨烯等多种碳结构逐渐进入人们的视线。
碳纳米管作为C60制备的副产物，较早被人们发现。
一、碳纳米管的结构碳纳米管，又称巴基管，属于富勒碳系，是在C60不断深入研究中发现的。
碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面。
CNT 根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
二、碳纳米管的性能及应用电学性能及应用碳纳米管是优良的一维介质，由于碳纳米管的特殊管状结构，管壁上的石墨片经过了一定角度的弯曲，导致量子限域和σ-π再杂化，其中3个σ键稍微偏离平面，而离域的π轨道那么更加偏离管的外侧，这使得π电子能集中在碳纳米管管壁外外表上高速流动，但在径向上，由于层与层之间存在较大空隙，电子的运动受限，因此它们的波矢是沿轴向的，这种特殊的结构使得碳纳米管具有优异的电学性能，可用于量子导线和晶体管等。
量子导线。
CNT可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线，Tang等在研究具有较小直径的SWNT磁传导特性时发现，在温度低于20K时，直径为0.4nm的CNT具有明显的超导效应，这也预示着CNT在超导领域的应用前景。
晶体管。
Soh等成功制备出碳纳米管晶体管阵列，这种单分子晶体管是现有硅晶体管尺寸的1/500，可使集成电路的尺寸降低2个数量级以上。
利用碳纳米管-nafion修饰电化学传感器对磺胺嘧啶电化学性质的研究
目前 ， 磺胺类药物的分析检测方法很多 Ｊ ， 包 括分光光度法 、 气相色谱法、 液相色谱法等。每种方
法均 有其 优点 和缺 点 。分 光光 度 法可 应用 各种磺 胺 类药 物 的分析 ， 但 对于 多组分 的磺 胺类 药 物分析 ， 选 择性 较 差 。液 相 色谱 一荧 光 连 用 技术 检 测 时 ， 衍 生
・ 基金项 目： ｉ ｔ 肃省省级科技计划项 目ｌ １ ０ １ ０ Ｒ ， Ｉ Ｚ Ａ Ｉ ９ ７ ）
’通讯作者 ： 李琪 。 Ｅ—ｍａ ｉ ｌ ： Ｕ ｑ ｉ ＿ ８ ０ ５ ０ ＠１ ６ ３ ． ｃ ０ ｍ。
本实验含有 ２×１ ０ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ磺胺嘧啶 的 Ｂ—Ｒ 缓冲溶液 ， 以０ ． １ Ｖ ／ ｓ的扫描速度进行循环伏 安扫 第 ３ ０卷源自第 ４期 甘肃科 技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ
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２ ０ １ ４年 ２月
利用 碳 纳 米 管 一ｎ ａ ｆ ｉ ｏ ｎ修 饰 电化 学 传 感 器 对磺 胺 嘧 啶 电化 学 性质 的研 究
张会 妮 ， 李 琪 ， 李 广 ， 王 宁
（ 甘 肃省 分析 测试 中心 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 利用制备 了碳纳米管 一ｎ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ修饰 电化学传感器 ， 并对磺胺嘧啶的 电化 学性质进行 了研究。表明 ， 磺 胺嘧 啶
在 其电化学 传感 器上具有 一对 氧化还原峰 。利用差示脉冲伏安法研 究了磺胺 嘧啶在修饰 电极的还原峰峰 电流与其 浓度之间的关系 ， 还原峰峰 电流 随着 磺胺 嘧啶的浓度增 大而增大 ， 磺胺 嘧啶在浓度为 １ Ｘ １ ０～ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ一 ５×１ ０ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ
碳纳米管性质及应用
碳纳米管性质及应用摘要:碳纳米管的发现是现代科学界的重大发现之一。
由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。
目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰。
本文简单综述碳纳米管的基本性质及应用。
关键词：碳纳米管；结构；制备；性质；应用1 碳纳米管的发现1991年，日本NEC科学家Lijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。
进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。
2 碳纳米管的结构碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。
MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分别为 2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。
管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm[2]。
3碳纳米管的制备碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。
芦荟大黄素在单壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为及分析应用
文章 编 号 ：０ ０— ３ ５２ １ ）４ ５６— ５ １ ０ ２ ７ （０ １０ —０ １ ０
芦荟 大 黄 素在 单壁 碳 纳 米 管修 饰 电极 上 的 电 化 学 行 为 及 分 析 应 用
段连 生 ， 蕾 张
（ 湖北第二师范学院化学与生命科学系 ， 湖北 武汉 ４ ０ ０ ） ３ ２ ５
第 ４ 期
段连化学行 为及分析应用
５７ １
１２ ＷＮ ｓ ． Ｓ Ｔ 修饰 电极 的制 备
首先 用金 刚砂 纸 细磨 ＧＣ Ｅ后 ， 再用 ０ ０ ｍ 粒度 的 ａＡｌＯ 悬 浮液 在 ．５Ｆ — ｚ。
抛 光 布上抛 光成 镜 面 ， 后依 次在 水 、 醇 、 中超 声 波震 荡 清 洗． １ Ｉ分散 在 ＤＭＦ中 的 Ｓ Ｎ 然 乙 水 将 ０肛 Ｗ Ｔｓ
胺 ｌ Ｊ 肾上 腺 素ｌ＿ 】、 １ 和抗 坏血 酸ＥＪ ｌ １ 的电催化 反应． ２
芦 荟 大 黄素 （ ） ＡＥ 又称 芦荟 泻 素 ， 广 泛存 在 于 百合 科 芦 荟 ， 科 决 明子 ， 科 植 物 大 黄 中 ， 有 它 豆 蓼 具 抗菌 、 消炎 、 杀虫 、 癌 、 衰 老等 功 效 口 芦 荟 大 黄 素 的测 定 方 法 已报 道 的 有 ： 效 液 相 色 谱 法 ］ 抗 抗 ， 高 ， 薄层 扫描 法 ｌ 分 光光 度 法 ＿ 极 谱 法 Ｅ］碳 糊 电极 上 的 吸 附催 化 伏 安 法 ［］芦 荟 大 黄 素分 子 中 的 ＿ １ ， ｌ ， ＂， ． 蒽醌 结 构具 有 电化 学 活性 ｌ 在 良好质 子 源 体 系 中存 在 一 个 准 可逆 的双 质子 双 电子转 移 过 程 ＿ 利 ＿ １ ， ２ ， 用 该 电化 学 特性 可 实 现对 微 量芦 荟 大 黄素 的 测定 ． 文 中研 究 了芦 荟 大 黄 素在 修 饰 玻 碳 电极 上 的 电 本 化 学性 质 ， 建立 了其含 量 测 定 的差 示 脉 冲 伏 安 法 ， 方 法 灵 敏 度 高 ， 现 性 好 ， 直 接 测 定 大 黄 素 药 该 重 可
碳纳米管修饰电极上核黄素电化学行为的研究及其分析应用
自从 Ｉ ｉ ｔ １９ ｉｍａｌ ９ １年发 现碳纳 米 管 以来 ， 纳 对 极 为 Ｐ 丝 电极 。 ｊ ｌ 在 碳 ｔ ５０ ｘ ０ ｍ ｌ ． １ ｏ／ 核 黄 素 储 备 液 ：准 确 称 取 ０ Ｌ的 米管 以其 独 特 的物 理化学 性 能 ，如 独 特 的金属 或 半
导 体导 电性 、 高 的机 械 强度 、 极 良好 的 吸 附能 力 ， 以 ００ １９ ． ｇ核 黄素 （ ０ 天津 市化 学试 剂 三厂 ）用 ００ ｍｏ ， ． ￣ ５ 及 作 为 新 型 准 一 维 功 能 材 料 而 日益 受 到 人 们 的 重 Ｌ磷 酸缓 冲 液（Ｂ ，Ｈ＝ ．） Ｐ Ｓ ｐ ７ 溶解 并 定容 至 １０ ０ ０ｍＬ容 视 。特 别是在 电分 析 化学 领域 ， 其研 究非 常 广泛［１ ２ 。 量 瓶 中 ；该 储 备 液 置 于 冰 箱 中 保 存 ；使 用 时 用 － － ３ 核 黄素（ 生素 Ｂ ｒ ｏ ａｉ） 具 有一 个核 糖 醇 ００ ｍｏ Ｌ磷 酸 缓 冲液 稀 释 。 Ｎ， 二 甲 基 甲酰 胺 维 ｉ ｆ ｖｎ 是 ｂｌ ． ｌ ５ ／ Ｎ一 侧链 的 异咯 嗪 的衍 生物 ．为黄 素酶 类 的辅 酶 组成 部 （ ＭＦ， 安 化 学 试 剂 厂 ） 多壁 碳 纳 米 管 （ Ｄ 西 ， ＭＷＮ Ｔ， 分 ， 生 物氧 化 的 呼吸链 中起传 递氢 的作用 ， 神 经 深圳 市 纳米 港 有 限公 司）００ ｍｏ Ｌ磷酸 二氢 钾 （ 在 对 ，．５ ｌ ／ 西 细胞 、 网膜 代谢 、 垂 体促 肾上腺 皮 质激 素 的释 放 安 化 学 试 剂 厂 ）０１ ｏ Ｌ氯 化 钾 （ 安 化 学 试 剂 视 脑 ，．ｍ ｌ ／ 西 亦 有影 响。 碳水 化合 物 ， 肪 和氨 基 酸的代 谢 与核 黄 厂 ） 脂 。实 验 中所 有试 剂均 为 分析 纯 ， 实验 用水 为 二次 素 密切 相 关 。 因此对 核 黄素 电化学 行 为 的研 究 具有 蒸馏 水 。 很重 要 的意义 。Ｌ ｕｏＴ Ｋｕ ｏａ￣ ａ ｒ ． ｂ ｔ４ ［ 等研 究 了核 黄素 在 １２实 验方 法 ． ＳＯ 胶 体 和铌 氧 化 物 修 饰 的 Ｓ０ 溶胶 一 胶 修 饰 的 １ ． ｉ２ ｉ２ 凝 ． １纳米管的纯化 ２
碳纳米管的批量制备和应用
碳纳米管的批量制备和应用近年来，碳纳米管的应用日益广泛，从生物医学到电子工业等领域都得到了广泛的应用。
然而，碳纳米管的制备一直以来是制约其应用的一个重要因素之一。
本文将介绍一种批量制备碳纳米管的方法，并探讨其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的批量制备方法1. 纳米颗粒助剂法该方法是在碳源的基础上添加一定数量的纳米颗粒作为助剂，利用其支撑作用形成碳纳米管。
一般来说，碳源与纳米颗粒会在一定的温度下反应，得到一定数量的碳纳米管。
然而，这种方法产生的碳纳米管比较难以控制，而且制备效率不高。
2. 化学气相沉积法该方法是最常用的制备碳纳米管的方法之一。
它通过将碳源沉积在物质的表面来制备碳纳米管，利用化学反应在不同温度下的碳源会生成不同的碳纳米管类型。
这种方法具有生产高纯度碳纳米管所需的速度和可控性，而且可以通过简单的调整反应条件来得到不同类型的碳纳米管。
3. 电化学剥离法该方法是利用电化学沉积的技术，将碳源喷射到电极上，并通过电化学剥离的方式得到碳纳米管。
这种方法不仅可以产生高质量的碳纳米管，而且还能够控制碳纳米管的形状和尺寸，但是这种方法收益较低，制备效率较低。
二、碳纳米管的应用1. 医学领域在医学领域，碳纳米管已被证明可以用于癌症治疗，如药物传递和光热消毒等。
此外，碳纳米管也被广泛用于强度模拟、诊断和治疗等领域，比如磁共振成像和治疗、脑部疾病的治疗等。
2. 电子工业领域在电子工业领域，碳纳米管有广泛的应用，如晶体管的制造、集成电路的制造等。
与其他技术相比，碳纳米管的好处主要是它的导电性和强度高、自身大小小等优点。
三、结论总之，制备高质量的碳纳米管是现在急需面对的一个重要问题。
在不断发展的现代科学技术领域中，我们相信碳纳米管的应用前景一定会越来越广泛。
值得注意的是，与生物领域以及电子工业相比，我们现在可以在更多的领域中应用该技术，并尽可能发掘碳纳米管的其他潜在优点。
未来，研究人员还将致力于研究碳纳米管在其他领域的应用，使其更加广泛应用，提高人们的生活质量和技术水平。
碳材料在电化学能量储存中的应用
碳材料在电化学能量储存中的应用随着人们对绿色能源的需求和环保意识的不断提高，电化学能量储存技术逐渐成为人们关注的热点。
在电化学能量储存技术中，碳材料作为一种重要的储能材料，拥有着广泛的应用前景。
本文将从碳材料的种类、电化学性能和应用领域三个方面探讨碳材料在电化学能量储存中的应用。
一、碳材料的种类碳材料是一种广泛存在于自然界中的材料，其种类和形态非常多样化。
在电化学能量储存中，常用的碳材料主要有石墨、活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
1. 石墨石墨是最常见的碳材料，其在电化学储能领域的应用主要体现在锂离子电池和超级电容器中。
在锂离子电池中，石墨作为负极材料，可以承载和释放锂离子，具有较高的循环寿命和能量密度；在超级电容器中，石墨可以作为电解质表面的收集电极，提高超级电容器的能量密度和功率密度，同时也可以提高超级电容器的循环寿命。
2. 活性炭活性炭由于其具有较高的孔隙度和比表面积，成为一种优良的储能材料。
在电化学储能领域中，活性炭可以被应用于电容器、电化学电池、锂离子电池等各种储能器件中。
活性炭的电容器具有高能量和高功率密度，锂离子电池中的活性炭则可以作为负极材料，承载和释放锂离子。
3. 碳纳米管碳纳米管具有良好的导电性和机械性能，可以作为电化学储能材料中的负极和导电剂。
其在电化学储能领域中的应用主要包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
碳纳米管作为负极材料可以提高锂离子电池的能量密度和电化学反应速率；在超级电容器中，碳纳米管可以作为电解质表面的收集电极，提高超级电容器的能量密度和功率密度；在燃料电池中，碳纳米管可以作为导电剂，提高燃料电池的电化学反应速率。
4. 石墨烯石墨烯是一种具有单层碳原子组成的二维材料，其独特的结构和性质使得其在电化学储能领域中具有广泛的应用前景。
石墨烯可以应用于超级电容器、锂离子电池和燃料电池等储能器件中。
在超级电容器中，石墨烯作为电极材料可以提高超级电容器的能量密度和功率密度；在锂离子电池中，石墨烯可以作为负极材料，提高锂离子的承载量和电化学反应速率；在燃料电池中，石墨烯可以作为导电剂，提高燃料电池的电化学反应速率。
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碳纳米管在电化学中的应用【摘要】对碳纳米管修饰电极的制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发展趋势作比较全面的综述。
【关键词】碳纳米管；化学修饰电极Application of the Carbon nanotube inelectrochemistryAbstract The methods of preparation, applications and developing trends of carbon nanotube modified electrodes in the field of electrochemistry were reviewed.Key words Electrochemistry Carbon nanotube modified electrodes碳纳米管，又名巴基管(buckytube)，是1991年由日本科学家饭岛澄男(Sumio Iijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。
它以特有的力学、电学和化学性质，以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。
目前，碳纳米管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究方兴未艾，在一些方面已取得重大突破。
碳纳米管(CNT)的发现，开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。
由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象，因此被广泛用于修饰电极的研究。
碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。
碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。
1碳纳米管的分类CNT属于富勒碳系，管状无缝中空，具有完整的分子结构，由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成，其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合，各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭。
CNT的径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有较大的长径比。
由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(SWNT)，制备时管径可控，一般在1~6 nm之间，当管径>6 nm后CNT 结构不稳定，易塌陷。
SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。
由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管(MWNT)，层间距约为0.34 nm。
MWNT 管径约为几个纳米到几十个纳米，长度一般在微米级，最长者可达毫米级（图1）。
图1 碳纳米管结构图2 碳纳米管修饰电极的制备方法用通常方法制备出的CNT 样品一般都含有金属催化剂颗粒和无定形碳等杂质，所以应用前需要经过纯化步骤。
纯化后的CNT 通常是一种相互缠绕的，找不到终端的线团状结构，管壁间因存在强的范德华力而极易发生团聚且不溶于任何溶剂，这些既不利于其在电极表面的修饰也不利于修饰后其优点的发挥。
人们一般采用化学剪切和对CNT 进行修饰的方法解决这些问题。
制备碳纳米管修饰电极的方法很多，这里介绍常用的几种方法。
2.1 涂膜法把分散好的CNT 滴涂到基底玻碳、石墨、碳糊和金等电极上，然后自然晾干或红外灯烘烤挥发去溶剂/分散剂。
目前此法最为常用。
邹如意[1]等以丙酮为分散剂，滴涂完后在氮气氛中自然晾干。
考察修饰剂（CNT 的分散液）的用量对电极性能的影响，发现修饰剂的量太大时，造成膜层太厚，因而阻碍电子的传递，使电极的性能变差。
胡圣水[2]等以DHP 为分散剂，滴涂完后在红外灯下烤干，同样发现修饰剂的量太大时电极的性能变差。
这就意味着无论是晾干还是烘烤都不能把分散剂全部挥发掉，其残留量将对修饰效果产生不可忽视的影响。
单壁碳纳米管直径为1-6 nm 多壁碳纳米管 直径 nm → μm2.2 电聚合法Hughes[3]等将羧基化的CNT分散在吡咯单体溶液中，通过电聚合制备了MWNT-Ppy复合膜修饰电极。
其成功基于CNT上的羧基在溶液中失去质子而带负电荷，在吡咯阳极氧化过程中进行掺杂，从而共聚在电极表面。
2.3 嵌入法王宗花[4]等把预处理好的石墨电极在CNT上研磨，借助机械力、化学和物理的吸附作用把CNT附着在电极表面。
通过与涂膜法制备的修饰电极做对比，发现嵌入法制备的电极呈现出更好的特性，不但对多巴胺和抗坏血酸有更强的电催化性，而且还能使两者的峰电位分开。
2.4 吸附法陈荣生[5]等认为，由于CNT与碳纤维都有类似石墨的平面结构，所以CNT可以吸附在碳纤维表面形成较强的分子间力。
他们制得的修饰电极可以用水直接冲洗而不影响活性。
2.5 层层自组装法Lanqun Mao[6]等利用层层自组装的方法制作了(PDDA/MWNT)5/GC修饰电极，实现了在AA存在下对DA的选择性测定，该CNT多层修饰膜在电极表面均匀分布，性质稳定，组装后CNT仍保留了较高的电催化行为。
3碳纳米管在电化学方面的应用3.1 碳纳米管修饰电极在神经递质分析中的应用多巴胺(DA)是一种重要的儿茶酚胺类神经递质，也是碳纳米管修饰电极研究中涉及最多的对象之一。
采用CNT修饰电极能明显改善DA在常规电极上过电位高、电极反应缓慢、灵敏度低等问题。
此外，该类电极还对其共存物抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)等有很好的电分离能力。
Britto[7]等首先将碳纳米管制成电极并用于对神经递质多巴胺的电催化氧化，开辟碳纳米管应用的新领域。
多巴胺在这种碳纳米管电极上能发生可逆的两电子电化学反应，其反应的表观速率常数为0.17 cm-1，说明碳纳米管对多巴胺电化学反应具有很好的电催化作用。
王宗花[4]等在多巴胺和抗坏血酸共存时进行两种物质的同时测定，并对电催化机理进行探讨。
实验结果都表明用电化学方法可以将两者分离开。
而且峰电流强度与浓度呈线性关系，检出限也较低。
在裸玻碳或金电极上，AA对DA的测定有干扰是生物分析中困扰人们的问题之一。
在碳纳米管修饰电极上，AA优先于DA被氧化，AA在电极上没有吸附作用，不会对随后DA的氧化产生干扰，从而消除AA对DA测定的影响。
胡陈果等[8]研究多巴胺在不同裸电极及相应CNT修饰电极上的循环伏安行为，发现在CNT修饰电极上的峰电流增大很多，而且可逆性也得到极大改善。
3.2 碳纳米管修饰电极用于蛋白质的电化学研究由于蛋白质分子的电活性中心往往深埋在其分子结构的内部，难以直接在电极表面发生电子转移。
因此，要实现蛋白质分子的电化学过程就需要使其活性中心尽量靠近电极表面。
碳纳米管修饰电极上的CNT可作为一种良好的促进剂来加速电子的传递，从而能有效地改善蛋白质在电极上的电子转移，实现对蛋白质的直接电化学研究。
Musameh[9]等研究碳纳米管电极对辅酶I(NADH)电化学氧化的催化作用，表明NADH在碳纳米管电极上于-50 mV就能发生氧化反应，使其氧化过电位降低了490 mV，稳定性很好，可用于NADH的定量测定。
Zhao[10]等研究了辣根过氧化物酶(HRP)在CNT修饰电极上的直接电化学行为。
他们认为CNT可以直接电子传递，一方而是因为CNT的表面缺陷导致了较高的表面活性，有利于酶和碳管之间的电子传递；另一方面CNT独特的纳米结构起到了“分子导线”的作用，将电子传递到酶的氧化还原中心。
Anthony[11]等研究了GOD在SWNT 上的直接电子传递，提出了以下假说：在GOD的吸附过程中，由于SWNT的纳米级拓扑结构以及和酶具有相似的长度尺寸，允许酶吸附且不会改变其整体的生物学形状和功能，并且SWNT靠近酶的活性中心，在其电子隧道距离以内。
这种情况和用一根长的尖锐的针刺入气球而球并未破裂类似。
针一旦刺入了球的外皮，就能与球的内部发生相互作用。
同样，一些SWNT能够刺穿包裹在GOD外面的糖蛋白外壳而达到氧化还原活性中心，进行直接电子传递。
王酉等[12]在丝网印刷碳糊电极上利用吸附法将葡萄糖氧化酶固定在丝网印刷的碳糊电极上，用碳纳米管对电极进行修饰改良，铁氰化钾作为电子传递剂，制作用于测量人体血浆中葡萄糖浓度的生物传感器。
该葡萄糖传感器的响应时间仅为5 s，响应电流范围为1.2~30 μA，线性测量范围为1~33.3 m/mol，用碳纳米管修饰酶电极，改善了电极表面条件，加快了电极反应速度，提高了传感器的灵敏度。
与无修饰的传感器相比，通过碳纳米管修饰电极，葡萄糖传感器的灵敏度从0.3338 μA/mM提高到0.8432 μA/mmol。
Zhang等[13]利用0.5%的壳聚糖可以均匀地分散0.5~3.0 mg/mL CNTs，分散后的CNTs包埋葡萄糖脱氢酶在还原性辅酶(NADH)的存在下对葡萄糖的含量进行了测定，响应时间小于5 s。
同时由于壳聚糖具有良好的成膜能力和生物相容性，所得的传感器具有良好的稳定性和抗干扰能力。
刘润等[14]利用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶(AChE)和牛血清白蛋白固定在羧基化多壁碳纳米管修饰玻碳电极表面，制备了可应用于检测有机磷农药的新型安培型生物传感器，并确定了最佳工作条件。
该方法具有良好的重现性和回收率。
当辛硫磷及氧化乐果的浓度分别在5.0×10-4~5.0×10-1 g/L 和1.0×10-3~5.0×10-1 g/L 范围内时，抑制率与其浓度的对数呈线性关系，检出限按抑制率为10%时的农药浓度计算，可分别达到3.6×10-4 g/L 和5.9×10-4 g/L，效果令人满意。
3.3 碳纳米管修饰电极用于核酸的电化学研究核酸是重要的生命物质基础，与蛋白质分子不同，核酸具有典型的π电子堆积结构，表现出特有的电学及电化学性质。
可利用核酸分子的电学特性和电化学性质对核酸的含量及杂交过程进行监测。
Wu等[15]研究表明，CNT修饰电极对组成DNA的两种主要碱基——腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)的氧化表现出一定的催化作用，能显著提高它们的氧化峰电流并降低氧化过电位，可用于DNA中两种碱基的同时测定。
方禹之等[16]研究了腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)和DNA在MWNT修饰电极上的电化学行为，并用分子杂交技术探讨了DNA在修饰电极上的识别。
近来，利用CNT的特性，DNA在CNT或CNT修饰的固体电极上的电化学行为与应用得到了广泛研究。
概括来讲，主要集中在3个大的方向：一是把DNA探针固定在具有大比表面积和强吸附性的CNT上制备杂交传感器；二是研究DNA上电活性部分在CNT或CNT修饰电极上的直接电化学行为；三是通过分析CNT与DNA的相互作用获得DNA的序列信息。
随着制作工艺的改进和制备/修饰电极前处理技术的进一步提高，CNT有望使DNA生物传感器的综合性能得到更大完善。
3.4 对其他物质的电化学测试分析CNT修饰电极还广泛用于嘌呤及其代谢物、生物碱、药物、氨基酸等的研究中。