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用.pdf

1、納米材料由于結構的特殊性，具有比表面積大、吸附能力強、生物兼容性好等優點，表現出優異的電化學性能，因此在電化學傳感器及超級電容器等領域有著廣泛的應用。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用于電化學領域中。然而隨著對納米材料研究的深入，發現單獨使用納米材料由于容易發生團聚，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難以發生氧化還原反應等優點。多孔碳具有來源廣、比表面積大、價格低廉等優點。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研究發現碳紙表面被剝離后，出現典型的石墨烯層狀褶皺結構，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

4、出良好的電容器性能。同時，此工作具有成本低廉、操作簡單等優點。
　　2．采用商業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，并能夠成功應用于實際樣品的檢測。這些結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域具有潛在的應用價值。
　　3．第三個工作采用三聚氰胺泡沫為前驅體，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)以及很好的循環性能（在5 A g-1下循環充放電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生的阻力，因此