聚中性红还原石墨烯杂化膜的电化学制备及电化学性能研究(附件)【字数：13576】
摘 要摘 要石墨烯有很多优异的性能，比如高的电导率、高的导热系数、良好的光学性能和机械性能等，尤其是其良好的导电性能，但是组分单一的纯石墨烯由于其独特的结构导致其本身的卷曲、褶皱、层层的堆叠限制了其在电化学领域中的完美应用，为了进一步的提高石墨烯的电化学性质。本论文使用循环伏安（CV）电化学方法合成了聚中性红/还原石墨烯杂化膜。本文通过测定在不同pH值对杂化膜电化学活性的影响发现，杂化膜在pH=1 0.5 moL/L Na2SO4缓冲溶液中，宽的应用电位范围（-0.6 V~0.6 V）内，具有很好的电化学活性。通过不同浓度的H2O2来得到其电催化性能并发现在加入0.49 mmoL/L H2O2后其电催化性能较好。关键字石墨烯；聚中性红；复合材料
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 聚中性红/还原石墨烯复合物 2
1.1.1 石墨烯的结构 2
1.1.2 石墨烯的制备方法 3
1.1.3 聚中性红 5
1.1.4 聚中性红的制备 6
1.1.5 石墨烯杂化膜材料的制备方法 7
第二章 实验部分 10
2.1 仪器、试剂与药品 10
2.2 实验过程 11
2.2.1 氧化石墨烯的制备 11
2.2.2 还原石墨烯的制备 12
2.2.3 聚中性红的合成 14
第三章 结果与讨论 17
3.1 扫描电镜图 17
3.2 在不同pH值下聚中性红/还原石墨烯电化学活性的变化 17
3.3 在不同扫速下聚中性红/还原石墨烯的循环伏安图 20
3.4 聚中性红/还原石墨烯杂化膜的电化学性能 20
3.5 电合成聚中性红圈数杂化膜电化学性能的影响 22
3.6 在不同H2O2浓度下聚中性红/还原石墨烯杂化膜的循环伏安图 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪 论
迄今为止最薄的二维材料是石墨烯,厚度仅0.335 nm。在人们用铅笔写或画的时候,这其中包含了最受欢迎的新材料在今天 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的研究上:石墨烯[1,2]。直到2004年，单层的石墨烯由英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等[3]用了一种极其简洁的物理方法机械剥离法来制备。然而在这前面的时间里，基本上科学家们一直都以为相对严格的二维晶体在限定温度内有不稳定的热力学性质，所以不可能单独存在自然界中。自从科学家们成功制备出石墨烯以来，一股热潮瞬间在全世界范围内掀起并经久不衰高度不断，因为石墨烯具有独特的结构所以表现出它独有的物理性能，例如室温量子霍尔效应[4]、超级高的电子迁移率、良好的热传导效应和优异的导电性能、较强的物理强度等，其优异的物理性能、大的比表面积和相对碳纳米管来说较低的生产成本，非常适用高性能复合材料的研究。现在在实际的应用中，石墨烯复合材料大约可以分成两个类别：石墨烯与无机物的复合形成的新材料和石墨烯与聚合物的复合形成的新材料。制备石墨烯复合材料主要有两种方法[5]：第一种是先让氧化石墨烯与其它材料复合，再将复合后的氧化石墨烯还原从而得到还原石墨烯纳米复合材料；第二种是通过改变性能过的石墨烯和其他材料复合，从而得到了还原石墨烯纳米复合材料。上述两种方法制作的石墨烯复合材料已经广泛应用在超级电容器、电化学催化、燃料电池和锂电池等领域。
石墨烯由于其独特的电子结构特征和物理化学性质，使其在电化学检测和电分析等方面显示出独特的优势[6]，可以用来制备高灵敏度、选择性良好、快的电流响应速度、大范围的检测和环境检测方面的电化学传感器。石墨烯电导率高且结构中含有大量的边界点、结构缺陷和功能性基团，为检测物质在其上的吸附和电化学反应提供了丰富的场所，由此加速了电子转移，实现了直接电化学和生物传感[720]。但是组分单一的纯石墨烯不能完美的满足电化学检测所需要的要求，石墨烯由于其本身的卷曲、褶皱、层层的堆叠限制了其在电化学领域中的完美应用。因此，将石墨烯和其他材料复合是有必要的，通过不同组分成分的相互作用，来进一步的提高石墨烯的电化学性质，用来增强石墨烯的电化学效应。
1.1 聚中性红/还原石墨烯复合物
1.1.1 石墨烯的结构
石墨烯（Graphene）是单层类蜂窝状结构的晶体并且仅通过碳原子紧密堆积。石墨烯与我们每个的人生活密切相关，在人们用铅笔写字或画时，这其中黑色的印记就包含有当今最热门的研究材料：石墨烯。但石墨烯最早出现在实验室中是2004 年距今也只是13年。它是由当时两位物理学家隶属于英国曼彻斯特大学的康斯坦丁诺沃肖洛夫和安德烈海姆共同发现的，他们用了一种非常简洁明了的方法得到了石墨薄片。这两人也因此在2010年荣获诺贝尔物理学奖。
碳六元环是组成石墨烯的单体结构，微观上石墨烯是由多个六院环所组成的，并且形成了二维（2D）蜂窝状周期性的点阵结构，由于其独特的结构它也可以被包起来形成零维（0D）的富勒烯结构，同样也可以卷曲起来形成一维（1D）层次上的碳纳米管结构（Carbon Nanotube, CNT）或者一层层的堆积形成三维（3D）立体的石墨，如图1。
/
图1 石墨烯的结构示意图
从目前看来，石墨烯是能同时兼顾薄与硬度的纳米材料在当前人类发现的物质中，它的硬度可以达到130 GPa，是钢硬度的100多倍却轻薄了许多；并且常温下石墨烯还拥有非常高的电子迁移率和导电性，超过15000 cm2V1s1。
1.1.2 石墨烯的制备方法
（1）物理制备方法
石墨是由一层层的石墨烯堆积而成，在每层之间的碳原子都是通过sp2杂化形成的共价键来连接的，在同层中每一个碳原子都是通过共价键与其它三个碳原子相互连接。在相同的平面上六个碳原子通过共价键就形成了正六元环，无数个六元环首尾相连起来就形成了片层的结构，所以在同一个层面上，它是原子晶体，同时碳原子之间的相互作用力很大。但是在石墨晶体中每层之间的层间距很大，同时层间通过范德华力相结合，所以每层之间是分子晶体，同时相互作用力相对较弱，十分易于剥离从而可以得到单层的石墨片，即石墨烯[21]。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 聚中性红/还原石墨烯复合物 2
1.1.1 石墨烯的结构 2
1.1.2 石墨烯的制备方法 3
1.1.3 聚中性红 5
1.1.4 聚中性红的制备 6
1.1.5 石墨烯杂化膜材料的制备方法 7
第二章 实验部分 10
2.1 仪器、试剂与药品 10
2.2 实验过程 11
2.2.1 氧化石墨烯的制备 11
2.2.2 还原石墨烯的制备 12
2.2.3 聚中性红的合成 14
第三章 结果与讨论 17
3.1 扫描电镜图 17
3.2 在不同pH值下聚中性红/还原石墨烯电化学活性的变化 17
3.3 在不同扫速下聚中性红/还原石墨烯的循环伏安图 20
3.4 聚中性红/还原石墨烯杂化膜的电化学性能 20
3.5 电合成聚中性红圈数杂化膜电化学性能的影响 22
3.6 在不同H2O2浓度下聚中性红/还原石墨烯杂化膜的循环伏安图 23
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
第一章 绪 论
迄今为止最薄的二维材料是石墨烯,厚度仅0.335 nm。在人们用铅笔写或画的时候,这其中包含了最受欢迎的新材料在今天 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的研究上:石墨烯[1,2]。直到2004年，单层的石墨烯由英国曼彻斯特大学的物理学教授Geim等[3]用了一种极其简洁的物理方法机械剥离法来制备。然而在这前面的时间里，基本上科学家们一直都以为相对严格的二维晶体在限定温度内有不稳定的热力学性质，所以不可能单独存在自然界中。自从科学家们成功制备出石墨烯以来，一股热潮瞬间在全世界范围内掀起并经久不衰高度不断，因为石墨烯具有独特的结构所以表现出它独有的物理性能，例如室温量子霍尔效应[4]、超级高的电子迁移率、良好的热传导效应和优异的导电性能、较强的物理强度等，其优异的物理性能、大的比表面积和相对碳纳米管来说较低的生产成本，非常适用高性能复合材料的研究。现在在实际的应用中，石墨烯复合材料大约可以分成两个类别：石墨烯与无机物的复合形成的新材料和石墨烯与聚合物的复合形成的新材料。制备石墨烯复合材料主要有两种方法[5]：第一种是先让氧化石墨烯与其它材料复合，再将复合后的氧化石墨烯还原从而得到还原石墨烯纳米复合材料；第二种是通过改变性能过的石墨烯和其他材料复合，从而得到了还原石墨烯纳米复合材料。上述两种方法制作的石墨烯复合材料已经广泛应用在超级电容器、电化学催化、燃料电池和锂电池等领域。
石墨烯由于其独特的电子结构特征和物理化学性质，使其在电化学检测和电分析等方面显示出独特的优势[6]，可以用来制备高灵敏度、选择性良好、快的电流响应速度、大范围的检测和环境检测方面的电化学传感器。石墨烯电导率高且结构中含有大量的边界点、结构缺陷和功能性基团，为检测物质在其上的吸附和电化学反应提供了丰富的场所，由此加速了电子转移，实现了直接电化学和生物传感[720]。但是组分单一的纯石墨烯不能完美的满足电化学检测所需要的要求，石墨烯由于其本身的卷曲、褶皱、层层的堆叠限制了其在电化学领域中的完美应用。因此，将石墨烯和其他材料复合是有必要的，通过不同组分成分的相互作用，来进一步的提高石墨烯的电化学性质，用来增强石墨烯的电化学效应。
1.1 聚中性红/还原石墨烯复合物
1.1.1 石墨烯的结构
石墨烯（Graphene）是单层类蜂窝状结构的晶体并且仅通过碳原子紧密堆积。石墨烯与我们每个的人生活密切相关，在人们用铅笔写字或画时，这其中黑色的印记就包含有当今最热门的研究材料：石墨烯。但石墨烯最早出现在实验室中是2004 年距今也只是13年。它是由当时两位物理学家隶属于英国曼彻斯特大学的康斯坦丁诺沃肖洛夫和安德烈海姆共同发现的，他们用了一种非常简洁明了的方法得到了石墨薄片。这两人也因此在2010年荣获诺贝尔物理学奖。
碳六元环是组成石墨烯的单体结构，微观上石墨烯是由多个六院环所组成的，并且形成了二维（2D）蜂窝状周期性的点阵结构，由于其独特的结构它也可以被包起来形成零维（0D）的富勒烯结构，同样也可以卷曲起来形成一维（1D）层次上的碳纳米管结构（Carbon Nanotube, CNT）或者一层层的堆积形成三维（3D）立体的石墨，如图1。
/
图1 石墨烯的结构示意图
从目前看来，石墨烯是能同时兼顾薄与硬度的纳米材料在当前人类发现的物质中，它的硬度可以达到130 GPa，是钢硬度的100多倍却轻薄了许多；并且常温下石墨烯还拥有非常高的电子迁移率和导电性，超过15000 cm2V1s1。
1.1.2 石墨烯的制备方法
（1）物理制备方法
石墨是由一层层的石墨烯堆积而成，在每层之间的碳原子都是通过sp2杂化形成的共价键来连接的，在同层中每一个碳原子都是通过共价键与其它三个碳原子相互连接。在相同的平面上六个碳原子通过共价键就形成了正六元环，无数个六元环首尾相连起来就形成了片层的结构，所以在同一个层面上，它是原子晶体，同时碳原子之间的相互作用力很大。但是在石墨晶体中每层之间的层间距很大，同时层间通过范德华力相结合，所以每层之间是分子晶体，同时相互作用力相对较弱，十分易于剥离从而可以得到单层的石墨片，即石墨烯[21]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/320.html
