碳布/纳米氧化锌/碳纳米管复合结构测定葡萄糖

利用水热法在三维柔性碳布上规模化集成了氧化锌纳米线阵列,之后通过纳米结构的自吸附效应在碳布/氧化锌结构上修饰碳纳米管以提高集成结构的导电性和比表面积。测试结果表明,碳纳米管致密地吸附在了氧化锌纳米线顶端,形成碳纳米管悬浮网络。采用两步法制备的碳布/氧化锌/碳纳米管分级结构,具有改进的电化学特性,相比于碳布/氧化锌结构,其比电容提高了约2.5倍,电化学阻抗值Rct减小到25%。将其应用于葡萄糖传感器,在1~7 mmol/L的浓度范围内对葡萄糖具有线性响应特性,其灵敏度为2.5 m A(mol/L)-1·cm-2。该集成结构具有优良的电学/电化学特性和生物兼容性,将在生物传感领域展现广阔的应用前景。     

具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合物纳米片阵列的制备及其电化学性能

通过两步水热合成法制备了具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列.首先,以碳布为基底,水热法生成的ZnO沉积在碳布上形成ZnO纳米棒花簇.其次,以ZnO纳米棒为模板,水热法生成的Ni-Co双氢氧化物纳米片沉积在ZnO纳米棒表面,形成ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物纳米片复合材料阵列.形貌、结构分析和电化学性能测试表明,以碳布为基底,成功地合成了以ZnO纳米棒为模板并具有核壳结构的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列,该复合材料纳米片阵列具有较大的纵横比,且分散均匀.合成的ZnO纳米棒@Ni-Co双氢氧化物复合材料纳米片阵列具有良好的电化学性能,当电流密度为1 A/g时,其比电容值可达531.6 F/g,该复合材料在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景.     

Pt纳米花/ZnO复合阵列的制备及对甲醇氧化催化的研究

利用调控ZnO纳米棒阵列的疏水、亲水性,由电化学方法制备了Pt纳米花/ZnO(PtNF/ZnO)复合阵列.该复合阵列排列规则、尺寸均一、方向一致.每一根ZnO纳米棒的顶端都覆盖着由Pt纳米颗粒构成的Pt纳米花,具有大的比表面积.与以亲水性的ZnO纳米棒制得的覆盖Pt纳米颗粒的ZnO复合阵列(PtNP/ZnO)以及单独的Pt颗粒相比,PtNF/ZnO复合阵列对甲醇氧化具有更高的电化学催化活性.     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究（英文）

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO_2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌(ZnO)作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点;另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高ZnO用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长ZnO纳米棒阵列(ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳(C-x)修饰,形成ZnO-NRA/C-x纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X射线衍射结果表明,ZnO纳米棒及ZnO-NRA/C-x纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型(Wurtzite)结构;而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的ZnO纳米棒长度大约2-5mm,直径为400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的(103)晶面组成,进一步直观佐证了ZnO的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为8 nm.ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的X射线光电子谱分析结果验证了C-C,C-O和C=O键的存在与碳的包覆层相对应;而C-O-Zn键的出现则是由于碳在ZnO中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO的典型吸收带边位置约为385 nm,而碳的包覆和掺杂导致ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构比单纯ZnO-NRA的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的ZnO-NRA相比,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了ZnO-NRA/C-x纳米复合结构比单纯的ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构的瞬态光电流4倍于单纯的ZnO-NRA,而CO_2光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环CO_2光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了ZnO-NRA/C-x纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO_2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究

半导体光催化是一种理想的太阳能化学转化绿色技术,可以实现水分解制氢和CO2光还原制备碳氢化合物燃料.氧化锌 (ZnO) 作为一种直接带隙半导体材料,一方面具有性能优异、价格低廉、易制备等优点; 另一方面因光腐蚀而不稳定,大大限制了该材料的实际应用.本文提出了一种简单易行的类石墨碳修饰方法,可以有效提高 ZnO 用于CO2光还原的光催化活性和稳定性.首先采用水热法在金属锌片基底上生长 ZnO 纳米棒阵列 (ZnO-NRA),然后通过葡萄糖水热法进行不同含量的类石墨碳 (C-x) 修饰,形成 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,同步实现碳包覆和碳掺杂.X 射线衍射结果表明,ZnO 纳米棒及ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构都具有良好的纤锌矿型 (Wurtzite) 结构; 而拉曼散射则清楚地证实了类石墨碳的存在.扫描电子显微观察显示,生长的 ZnO 纳米棒长度大约 2-5 μm,直径为 400-700 nm,沿方向[0001]生长,端部由六个规则的 (103)晶面组成,进一步直观佐证了 ZnO 的典型纤锌矿型结构特征.透射电子显微分析结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构中类石墨碳包覆层厚度大约为 8 nm.ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的 X 射线光电子谱分析结果验证了 C-C,C-O 和 C=O键的存在与碳的包覆层相对应; 而 C-O-Zn键的出现则是由于碳在 ZnO 中掺杂所引起.从紫外-可见吸收谱上可观察到ZnO 的典型吸收带边位置约为 385 nm,而碳的包覆和掺杂导致 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的吸收带边发生红移,并且吸收背底明显提高.电化学阻抗谱测试结果清楚地显示,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯 ZnO-NRA 的电化学阻抗明显降低,说明类石墨碳包覆层大幅度提高了电导性能,从而有利于光生载流子的分离和传输.荧光分析结果也表明,与单纯的 ZnO-NRA 相比,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的荧光强度大幅度下降,进一步证实了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构比单纯的 ZnO-NRA更有利于光生载流子的分离和传输.光电化学测试结果表明,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构的瞬态光电流 4 倍于单纯的ZnO-NRA,而 CO2 光还原性能测试也得到一致的结果.长时间多循环 CO2 光还原实验证实,ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构具有稳定的光催化活性和极好的光稳定性.综上,我们利用一种简单易行的水热法进行类石墨碳修饰,成功开发了 ZnO-NRA/C-x 纳米复合结构,该结构因其优异的光生电子和空穴的分离和迁移性能,从而具有显著提升的CO2光还原活性和光稳定性.本工作证明,类石墨碳修饰是一种可以广泛借鉴的有效提升半导体材料光催化活性和光稳定性的可行方法.     

新型碳纳米材料在电化学中的应用

由于碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究,特别是对于具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯更是研究的热点。这些新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性,被广泛地应用于诸多领域,特别是在电化学领域中显示出其独特的优势。本文主要阐述了碳纳米材料在电化学领域包括生物传感器、超级电容器和燃料电池中的应用。碳纳米材料由于高的比表面积和其较好的生物相容性,在生物电催化反应中起着重要作用,能够提高酶的直接电子传递速率,因而基于碳纳米材料构建的生物传感器灵敏度高、线性范围宽、重复性和稳定性能好。碳纳米材料是超级电容器研究最早和最成熟的一种,由其制备的超级电容器循环稳定性好,再通过和一些赝电容型电极材料复合,可使其比电容得到提高。另外,碳纳米材料作为燃料电池中的催化剂,能够提高燃料电池的能量密度、燃料利用率和抗中毒能力。     

电聚合构建HRP传感器检测有机过氧化物

利用电化学还原氧化石墨烯(GO)的方法将还原石墨烯(erGO)沉积在电极表面上,然后电沉积氧化锌纳米棒(ZnO)构成erGO/ZnO复合纳米材料修饰玻碳电极(GCE),最后通过电聚合中性红(NR)电子介体包埋法将辣根过氧化物酶(HRP)固定在GCE/erGO/ZnO表面制得GCE/erGO/ZnO/HRP-PNR(聚中性红)。用SEM和能谱对复合纳米材料进行了表征,通过电化学阻抗法和循环伏安法对修饰电极进行了探究,通过循环伏安法和计时电流法研究了GCE/erGO/ZnO/HRP-PNR对有机过氧化物的催化性能,结果该修饰电极对过氧化氢叔丁基(BHP)和过氧化氢异丙苯(CHP)都具有良好的检测性能。     

基于单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的电化学生物传感器

结合DNA酶优异的氧化还原催化特性和碳纳米管的电化学特性, 制备了单壁碳纳米管-DNA酶复合材料, 并通过壳聚糖将其固定到玻碳电极表面构建了电化学生物传感界面. 研究了单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的氧化还原反应催化特性, 并以此为传感平台构建了葡萄糖氧化酶电化学生物传感器. 结果表明, 单壁碳纳米管-DNA酶复合材料修饰的电极对过氧化氢的响应具有较宽的线性范围(5×10^-6~1×10^-2 mol/L)和良好的检测灵敏度(检出限为1×10^-6 mol/L). 采用制备的葡萄糖氧化酶传感器实现了对葡萄糖的快速灵敏检测.     

有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫的制备及其对多巴胺的高灵敏度和高选择性检测

柔性生物传感器在可穿戴电子设备中有着广泛的应用前景. 为了获得柔性电化学多巴胺传感器,作者在本工作中首先在镍泡沫表面通过化学气相沉积生长石墨烯,随后通过高温碳化嵌段共聚物与酚醛树脂在石墨烯表面共组装形成的薄膜制备了有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫（OMC/G/Ni）复合材料. 其中,镍泡沫可以为复合材料提供具有高导电性和良好柔韧性的金属骨架,而具有垂直排列介孔阵列的有序介孔碳层为复合材料提供了高的电活性表面积,且有利于活性位点的暴露. 值得注意的是,夹在有序介孔碳层和镍泡沫之间的石墨烯极大地增强了各组分之间的相容性,有利于进一步提升复合材料的电化学性能. 作为电化学传感器中的工作电极,OMC/G/Ni体现出优异的多巴胺检测能力. 不但具有宽的线性检测范围（0.05 ~ 58.75 μmol·L^-1）和低检测限（0.019 μmol·L^-1）,还具有良好的选择性、重现性和稳定性. 此外,OMC/G/Ni在弯曲状态下依旧能够保持对多巴胺的高检测能力,证明了其在柔性生物传感器中的应用潜力.     

有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫的制备及其对多巴胺的高灵敏度和高选择性检测（英文）

柔性生物传感器在可穿戴电子设备中有着广泛的应用前景.为了获得柔性电化学多巴胺传感器,作者在本工作中首先在镍泡沫表面通过化学气相沉积生长石墨烯,随后通过高温碳化嵌段共聚物与酚醛树脂在石墨烯表面共组装形成的薄膜制备了有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫(OMC/G/Ni)复合材料.其中,镍泡沫可以为复合材料提供具有高导电性和良好柔韧性的金属骨架,而具有垂直排列介孔阵列的有序介孔碳层为复合材料提供了高的电活性表面积,且有利于活性位点的暴露.值得注意的是,夹在有序介孔碳层和镍泡沫之间的石墨烯极大地增强了各组分之间的相容性,有利于进一步提升复合材料的电化学性能.作为电化学传感器中的工作电极,OMC/G/Ni体现出优异的多巴胺检测能力.不但具有宽的线性检测范围(0.05～58.75μmol·L~(-1))和低检测限(0.019μmol·L~(-1)),还具有良好的选择性、重现性和稳定性.此外,OMC/G/Ni在弯曲状态下依旧能够保持对多巴胺的高检测能力,证明了其在柔性生物传感器中的应用潜力.     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

NiOOH/ZnO复合光阳极制备与性能研究

以NiOOH为助催化剂对ZnO进行改性,采用电化学沉积方法制备了纳米阵列结构的NiOOH/ZnO复合光电极。运用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见光谱(UV-Vis)等测试手段对样品进行表征,并用电化学方法研究电极材料的光电化学性能。结果表明,制备的复合电极中NiOOH在ZnO表面分布均匀,颗粒大小约为50 nm,该复合电极在紫外和可见光区均表现出优良的光学吸收性能;电化学研究表明,该复合电极电阻率小,在模拟太阳光条件下其光电化学响应性能比ZnO明显增强,且对甲醇有良好的光电催化性质。NiOOH/ZnO复合电极展现出的这些优良光电化学性能,预示其在光电化学领域将会有良好地应用前景。     

壳聚糖-纳米金-葡萄糖氧化酶生物传感器的制备及其应用于葡萄糖的测定

采用了一种简便快捷的电沉积方法制备了壳聚糖-纳米金复合膜并应用于葡萄糖生物传感器的构建.氯金酸和壳聚糖的混合液在玻碳电极表面电化学还原为金纳米粒子,再将葡萄糖氧化酶通过戊二醛交联的方式固定在纳米金复合膜修饰的玻碳电极表面,制成一种新型的葡萄糖氧化酶生物传感器.该传感器对葡萄糖的响应十分快速,在5 S内即达到平衡.测定葡萄糖的线性范围为20μmol·L-1～5 mmol·L-1,检出限(3S/N)为12μmol·L-1.     

碳纳米管/铜纳米结构电极材料在葡萄糖检测中的应用

利用电化学沉积法制备了碳纳米管/铜纳米结构电极材料, 采用扫描电子显微镜和电化学方法对电极表面的形貌和电化学性质进行了表征. 结果表明, 碳纳米管/铜纳米结构电极材料具有较大的电化学活性表面积、 高稳定性、 良好的导电性以及高葡萄糖电氧化活性, 有望用于葡萄糖的检测.     

石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用

石墨烯作为新型的二维碳基纳米材料,具有良好的导电性、较大的比表面积和较好的生物相容性。石墨烯及其复合物适合于构建酶电化学生物传感器。本文介绍了石墨烯功能化的方法,并对石墨烯及其复合物在酶电化学生物传感器方面的研究进行了综述。     

KOH添加方式对煤基活性泡沫炭电化学性能的影响

以强黏性炼焦煤为原料,经常压自发泡法制得的煤基泡沫炭(NCF)为碳基底,KOH为活化剂,采用机械混合、水溶液浸渍、乙醇浸渍三种不同的方式制备煤基活性泡沫炭(HPCs),并将其用作双电层电容器的电极材料,研究了KOH添加方式对其微观结构和电化学性能的影响。结果表明,KOH分散度和附着性对煤基活性泡沫炭孔隙结构的生成、晶体结构、表面化学性质以及电化学性能有显著影响。煤基泡沫炭本身具有三维连通泡孔结构,有利于活化剂(KOH)深入材料的泡孔内部并为其提供大量附着位点,增大活化剂与碳基体的接触面积进而发生高效的活化。KOH水溶液的流动性较好,可以使K⁺更有效地穿插在NCF的泡孔结构中,在活化过程中作用于缺陷部位,在碳基体内部基质上产生更多的微孔以及介孔结构,有效地放大了活化效果。KOH水溶液浸渍泡沫炭材料制得的ACF-W样品拥有最高的比表面积(3098.35 m²/g)、总孔体积(1.68 cm³/g)、介孔体积比(59.13%),将其用作电极材料表现出优异的比电容(310 F/g)以及循环稳定性。     

基于还原态氧化石墨烯/纳米金/壳聚糖复合膜固定化酶的有机磷生物传感器

将乙酰胆碱酯酶(AChE)固定到还原态氧化石墨烯(rGO)/纳米金(Au NPs)/壳聚糖(CS)复合膜修饰的玻碳电极表面,制备了高灵敏度的电化学生物传感器,用于有机磷农药的检测。由于rGO具有较大的比表面积和良好的导电性,复合材料不仅为保持AChE的生物活性提供了良好的生物相容环境,而且rGO/Au NPs的协同作用也提高了传感器的灵敏度。CS/SiO2复合溶胶-凝胶网格状的结构为酶的固定化提供了良好的载体。农药抑制率与乐果浓度的负对数在0.1~10.0ng/mL范围内呈线性关系,检出限为0.02ng/mL(S/N=3)。     

基于石墨烯/纳米金/壳聚糖复合膜固定化酶的有机磷生物传感器

将乙酰胆碱酯酶(AChE)固定到还原态氧化石墨烯(rGO)/纳米金(Au NPs)/壳聚糖(CS)复合膜修饰的玻碳电极表面,制备了高灵敏度的电化学生物传感器,用于有机磷农药的检测。由于rGO具有较大的比表面积和良好的导电性,复合材料不仅为保持AChE的生物活性提供了良好的生物相容环境,而且rGO/Au NPs的协同作用也提高了传感器的灵敏度。CS/SiO2复合溶胶-凝胶网格状的结构为酶的固定化提供了良好的载体。农药抑制率与乐果浓度的负对数在0.1~10.0ng/mL范围内呈线性关系,检出限为0.02ng/mL(S/N=3)。     

多孔泡沫状CuO微纳米纤维的制备及用于无酶葡萄糖传感器

以静电纺丝技术结合煅烧工艺制备多孔泡沫状CuO微纳米纤维. 通过SEM, IR及XRD对材料进行形貌与结构表征. 样品表面粗糙且呈多孔泡沫状. 利用该材料对玻碳电极进行修饰, 并检测修饰电极对葡萄糖的电氧化性能, 发现该电极对葡萄糖的检测灵敏度为6.17 μA·L·mmol^-1·cm^-2, 检测限为65.3 μmol/L. 同时, 该电极对抗坏血酸、 尿酸和乙醇表现出良好的抗干扰性. 这些优良的性能取决于CuO特殊的形貌. 多孔泡沫结构有助于增大比表面积从而提高与葡萄糖的反应活性. 研究表明, 多孔泡沫状CuO微纳米纤维在无酶葡萄糖传感器方面具有潜在应用价值.     

基于电剥离石墨烯传感器伏安法检测杀螟硫磷

以石墨片为原料,在硫酸铵电解液中利用电化学剥离的方法制备了一种石墨烯（eGr）。将该材料修饰到玻碳电极（GCE）表面构建了电化学传感器,利用该传感器探究了杀螟硫磷的电化学行为。对缓冲溶液pH、电极修饰量等实验条件进行了优化。结果表明：该电极具有较大的活性比表面积以及良好的电子转移速度,对杀螟硫磷具有良好的电催化氧化作用。通过线性扫描伏安法检测了杀螟硫磷,其线性响应浓度在1～100μmol/L之间,检出限为70 nmol/L。该传感器可应用于河水中杀螟硫磷的残留分析,回收率为97.2%～100.3%。