新型石墨材料的制备及其在电化学领域方面的应用

论文摘要

碳材料,由于所具有的高导电性和良好的稳定性,被人们所广泛用作电极材料和电催化材料。随着新型碳纳米材料不断出现,碳材料的比表面积及电催化活性等方面性质得到了明显的改善。本论文分别采用两种新型石墨材料（石墨纳米片和石墨烯）与聚合物进行复合,将其应用于电催化和超级电容器领域。研究内容包括以下两个部分：1、将石墨纳米片与Nafion聚合物进行复合后,滴涂到玻碳电极表面,制备得到石墨纳米片-Nafion/GCE。电化学研究发现,石墨纳米片-Nafion/GCE对于多巴胺和抗坏血酸具有良好的电催化活性。该修饰电极可有效分开抗坏血酸和多巴胺的氧化峰。在高浓度抗坏血酸存在下,石墨纳米片-Nafion/GCE可以无干扰实现对多巴胺高灵敏的检测。该修饰电极对实际样品中多巴胺检测获得较好的结果。2、利用化学还原法制备并表征了石墨烯材料。通过层层自组装法,在导电基底上制备了聚苯胺／石墨烯多层复合薄膜修饰电极。通过原位紫外-可见测试及石英晶体微天平测试表明,聚苯胺和石墨烯随着组装层数的增加而均匀增长。在0.1M H2SO4溶液中,循环伏安测试及充放电测试表明,聚苯胺／石墨烯复合材料有较高的比容量,在薄膜微电源领域有潜在的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 化学修饰电极（CMES）的简介
• 1.1.1 化学修饰电极的定义和分类
• 1.1.2 化学修饰电极的制备方法
• 1.1.3 化学修饰电极的应用
• 1.2 石墨及其衍生物材料简介
• 1.2.1 石墨
• 1.2.2 纳米石墨材料
• 1.3 先进碳材料修饰电极在电化学领域中的应用进展
• 1.3.1 电催化
• 1.3.2 超级电容器
• 1.3.3 锂离子电池
• 1.3.4 生物传感器
• 1.3.5 晶体管
• 1.3.6 其他
• 1.4 本论文选题的意义与主要研究内容
• 1.4.1 论文选题的意义
• 1.4.2 论文主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 分析表征方法
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.2 紫外-可见光谱（UV-Vis）分析
• 2.3.3 傅立叶变换-红外光谱（FT-IR）分析
• 2.3.4 Raman光谱分析
• 2.3.5 X光电子能谱（XPS）分析
• 2.3.6 石英晶体微天平（QCM）分析
• 2.3.7 场发射扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.8 原子力显微镜（AFM）分析
• 2.3.9 电化学测试
• 第三章 石墨纳米片修饰电极的制备及其对生物分子电催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 修饰电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 石墨纳米片（GNS）的表征
• 3.3.2 GNS-Nafion修饰电极的表征
• 3.3.3 GNS-Nafion修饰电极制备条件优化
• 3.3.4 修饰电极的电化学性能
• 3.3.5 GNS-Nafion/GCE对DA电分析性能研究
• 3.3.6 实际样品测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 层层自组装法制备石墨烯/聚苯胺复合薄膜修饰电极及其在超级电容器领域中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 石墨烯的制备
• 4.2.2 聚苯胺（PANI）的合成
• 4.2.3 组装基底的预处理
• 4.2.4 薄膜的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 石墨烯的表征
• 4.3.2 聚苯胺（PANI）的表征
• 4.3.3 复合薄膜修饰电极的表征
• 4.3.4 复合薄膜修饰电极的电化学测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论及创新点
• 5.1 结论
• 5.2 主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 作者及导师简介