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石墨烯研究进展及应用前景展望

2019-08-15 18:19:52来源:励志吧0次阅读

  石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质。有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一。本文仅就目前石墨烯的在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。

  修饰电极碳材料具有较好的导电性、宽的电位窗以及对许多氧化还原反应较高的电催化活性等特性,已经被广泛地用于电化学研究中。碳纳米材料同时结合了碳材料和纳米材料的特点,已经被广泛用于修饰电极的制备,如CNTs、碳纳米纤维、介孔碳等都被广泛用于电极的制作材料。

  石墨烯具有良好的导电性能,因而对一些特定电对及底物具有较高的电催化性能,并且其具有大的比表面积和生物相容性,可用于生物蛋白质或酶等生物大分子的固定及特定生物电化学传感器的制作,因而已引起了电化学工作者的高度关注。Sampath等把剥离的石墨烯氧化物悬浮液涂覆到玻碳(GC)和金(Au)电极表面,分别形成了石墨烯氧化物修饰的GC和Au电极,并将这些修饰电极用于研究一些典型氧化还原电对如Fe(CN) -6/Fe(CN)、抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)等的电化学反应特性。

  随后,多个研究组运用类似的方法制备了石墨烯修饰电极,并研究了多个常见的氧化还原电对(如Ru(NH ) +6/Ru(NH )2+6、Fe(CN) -6/Fe(CN)、Fe +/Fe2+、H2O2及NADH等)在石墨烯修饰电极表面的电化学反应特性。为了比较石墨烯与其它碳材料的电化学特性,Wang等用Fe(CN) -6/Fe(CN)、NADH、AA作为氧化还原探针,研究并比较了单壁碳纳米管(SWNTs)、石墨烯氧化物、化学法还原的石墨烯氧化物(CRGO)以及电化学方法还原的石墨烯氧化物(ERGO)四种碳纳米材料的电化学特性,循环伏安结果表明,这些氧化还原探针在这四种碳材料表面的电子转移动力学依赖于这些材料的表面化学特性及其导电率,这些电活性物质在SWNT和ERGO表面的氧化还原动力学要比在石墨氧化物和CRGO表面快得多,为石墨烯在电化学中的进一步研究和应用提供了一定的理论基础。

  其次,新型的化学电源体系,尤其是二次电池和是目前重要的 绿色 装置。各种碳材料,特别是sp2杂化的碳材料,由于其特殊的层状结构、超大的比表面积而成为重要储能装置的电极材料。碳材料如无定形碳、多孔碳、石墨等已经广泛地应用于锂离子电池中。由于纳米材料一般具有大的比表面积、小的尺寸效应及良好的催化活性,因而可以提高电池的比容量,在不同的碳纳米材料中,CNTs由于其独特的结构已经被广泛用作锂离子电池的电极材料。类似于CNTs,石墨烯有着较高的比表面积和特异的电子传导能力,在锂离子电池领域内有着广泛的应用前景,因而受到了研究者的普遍关注。

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