论文部分内容阅读
多孔石墨烯（Porous graphene,PG）是基于石墨烯（Graphene,G）材料的衍生化碳纳米材料,其孔结构可分为二维（2D）基面内纳米孔和三维（3D）网状微孔两种。这些孔结构使得PG不仅拥有G本身的良好性质,而且还具有许多自身特有的物理、化学、电化学等优良特性。本论文分别通过化学还原法、光芬顿法和电化学还原两步法以及水热法三种方法制备了三种PG材料,并对PG的电化学性能进行系统研究。利用电化学性能优异的PG构建NaNO2和L-抗坏血酸（L-ascorbic acid,LAA）电化学传感器。本论文的主要研究内容和主要结论如下:（1）三维石墨烯（Three dimensional graphene,3D-G）基亚硝酸盐电化学传感器的制备。采用化学还原法制备3D-G,并利用紫外分光光度计（UV spectrophotometer,UV-vis）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和拉曼光谱（Raman）等对其进行表征。表征结果显示,3D-G中大部分含氧官能团被去除,石墨化的sp2结构域明显增多,成功制备了高度还原的3D-G。利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）和比表面积分析仪（Brunner-Emmet-Teller,BET）对3D-G进行表征。该结果显示,3D-G中存在丰富的3D网状微孔,有效避免了G再团聚,其裸露的边缘数量增加,比表面积增大。采用循环伏安法（Cyclic voltammetry,CV）和电化学阻抗法（Electrochemical impedance spectroscopy,EIS）研究3D-G修饰玻碳电极（3D-G/GCE）的电化学性能。研究结果表明,具有独特3D网状微孔结构的3D-G,有效提高了3D-G/GCE的电子转移（Electronic transfer,ET）能力和传质能力。采用微分脉冲伏安法（Differential pulse voltammetry,DPV）研究3D-G/GCE对NaNO2的电催化性能,结果表明基于3D-G的电化学传感器对NaNO2的检测具有灵敏度高、检测限低和线性检测范围宽的特点。（2）电化学还原多孔石墨烯（Electrochemical reduced holey graphene,ERHG）的制备及其电化学传感器的构建。采用光芬顿法和电化学还原两步法制备ERHG。利用透射电子显微镜（Transmission electron microscope,TEM）、Raman和XPS等方法对ERHG的结构、形貌等进行表征。研究结果表明,ERHG基面上分布着大量的2D纳米孔,ERHG裸露的边缘数量增加,缺陷密度增加。采用CV和EIS方法研究ERHG修饰GCE（ERHG/GCE）的电化学特性,结果证明具有丰富2D基面内纳米孔的ERHG能有效提高ERHG/GCE的ET能力和传质能力。基于ERHG构建的NaNO2电化学传感器,对NaNO2具有优异的电催化活性,检测NaNO2浓度的线性范围为0.2μM-10 m M,检测限为0.054μM。而且该传感器具有强的抗干扰能力、很好的重复性、再现性、以及长期稳定性等优异性能。（3）三维多孔石墨烯（Three dimensional holey graphene,3D-HG）的制备及其电化学传感器的构筑。以过氧化氢（Hydrogen peroxide,H2O2）为刻蚀剂,利用水热法制备3D-HG。利用UV-vis、SEM、TEM和BET等对3D-HG进行表征,结果表明,3D-HG具有大量的3D网状微孔和丰富的2D基面内纳米孔,使其裸露的边缘数量增加,有效避免了G再团聚,并增大了3D-HG的比表面积。采用CV和EIS法研究3D-HG修饰GCE（3D-HG/GCE）的电化学性能,结果证明,具有大量3D网状微孔和丰富2D基面内纳米孔的3D-HG显著提高了其修饰电极的ET能力和传质能力。基于3D-HG优异的电化学性能,构筑LAA电化学传感器和NaNO2电化学传感器,对LAA和NaNO2均表现出良好的电催化性能。而且3D-HG基电化学传感器具有高的灵敏度,宽的线性检测范围,较强的抗干扰能力和良好的再现性等优异传感性能。