电化学法制备石墨烯及其复合材料

石墨烯是一种具有优异物理和化学性质的新型二维碳纳米材料,大规模低成本制备高品质石墨烯的方法是其能够得到广泛实际应用的重要前提. 电化学方法可以快捷、绿色无污染、批量制备高质量的石墨烯及其复合材料. 本综述在对石墨烯各种制备方法进行简要比较之后,对近年来石墨烯、石墨烯/无机纳米复合材料、石墨烯/聚合物复合材料以及类石墨烯材料的电化学法制备进展进行介绍并作了展望.     

基于中空多孔金纳米/石墨烯复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学及其生物传感研究

采用溶液相牺牲模板法制备中空多孔金纳米粒子（HPAuNPs）,并将该材料与还原氧化石墨烯（rGO）复合,用于葡萄糖氧化酶（GOx）在玻碳电极（GCE）表面的有效固定,构建GOx/HPAuNPs/rGO/GCE传感界面。利用扫描和透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射谱、红外光谱及电化学等方法对材料的形貌与结构,GOx的固定化过程,以及传感器的直接电化学和电催化性能进行表征。结果表明,HPAuNPs和rGO的协同作用能有效促进GOx与电极之间的直接电子转移（DET）。基于GOx/HPAuNPs/rGO/GCE对葡萄糖的良好电催化性能,该方法有效实现了对葡萄糖的高灵敏度检测,其电流响应的线性范围为0.05~7.0mmol/L,检出限（S/N=3）为16μmol/L。该传感器具有良好的选择性、重现性及稳定性,对实际样品血清中血糖的测定结果令人满意,回收率为98.0%~103%,相对标准偏差不大于5.0%。     

基于石墨烯修饰电极的电化学生物传感

石墨烯是一种具有单原子厚度的二维碳纳米材料,具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能.石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小,电催化活性高和电子转移速率快等电化学特性.化学修饰石墨烯,特别是氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO),可以被宏量、廉价地制备出来.它们具有可加工性能,可以被组装、加工或复合成具有可控组成和微结构的宏观电极材料.因此,石墨烯及其化学修饰衍生物是用于电化学生物传感的独特而诱人的电极材料.例如,GO是一种化学修饰石墨烯,也是石墨烯的重要前驱体;其边缘具有大量的羧基可用于共价固定酶,从而能实现酶电极的生物检测.在GO上的不可逆蛋白吸附也可以促进蛋白质的直接电子转移以提高其电化学检测性能.但是,GO大量的含氧官能团破坏了石墨烯本征的共轭结构,降低了其电学性能并限制了其实际应用.GO可以通过化学、电化学、热还原等技术转化成rGO,从而能部分修复其共轭结构,提高其导电性与传感性能.另一方面,石墨烯是一种零带隙材料;原子掺杂可以调控其能带结构,提高其电催化性能.石墨烯材料也常常需要通过与其它功能材料的复合进一步改善其可分散与可加工性能,提高其电催化活性和电化学选择性.本文综述了本征石墨烯(包括GO,rGO和掺杂石墨烯)以及石墨烯与生物分子、高分子、离子液体、金属或金属氧化物纳米粒子等复合材料修饰电极在检测各种生物分子方面的研究进展,并对该研究领域进行了展望.     

石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

本研究以低成本、易规模化的亲水性石墨烯/氧化石墨烯为前驱体,通过原位聚合的方法制备石墨烯/氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,经过化学还原后制备得到石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外变化光谱仪(FT-IR)对制备的材料进行了结构和形貌的表征.运用循环伏安法...     

氧化石墨烯/富勒烯复合材料增敏多金属离子印迹电化学传感器

制备了一种对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)等多金属离子具有灵敏、选择性响应的新型印迹传感器。 以甲基丙烯酸与乙二胺四乙酸分别为功能单体与配体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂制备出多金属离子印迹聚合物。 采用滴涂法将离子印迹聚合物均匀地修饰至氧化石墨烯/富勒烯复合材料修饰碳电极表面,成功制备出灵敏的多金属离子印迹电化学传感器。 采取循环伏安法、交流阻抗和差分脉冲法等技术对印迹电化学传感器的性能进行表征,结果表明该多金属离子印迹电化学传感器具有良好的选择性。 在1.0×10^-9~5.0×10^-7 mol/L范围内,该多金属离子印迹电极的响应电流与金属离子浓度呈现良好的线性关系,对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)金属离子的最低检测限分别为5.0×10^-10、5.0×10^-10和1.0×10^-10 mol/L。 该多金属离子印迹电化学传感器成功用于实际样品中微量Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)等金属离子的检测。     

电化学还原的氧化石墨烯修饰电极检测L-色氨酸

制备了氧化石墨烯修饰玻碳电极,并运用循环伏安法对氧化石墨烯进行了直接的电化学还原,研究了L-色氨酸在该电化学还原的氧化石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为。结果表明,L-色氨酸在该修饰电极上其氧化峰电流与裸玻碳电极相比增大了7.1倍,且峰电位负移80mV。利用差分脉冲伏安法,在pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液中测定L-色氨酸,氧化峰电流与其浓度在0.4～65.0μmol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.998,方法检出限为0.2μmol/L。     

基于还原氧化石墨烯-钯复合材料的双酚A分子印迹电化学传感器的研究

采用分子印迹技术,以还原氧化石墨烯-钯复合材料（rGO@Pd）修饰电极为工作电极,双酚A为模板分子,吡咯为聚合单体,成功制备出双酚A分子印迹电化学传感器。采用循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV）和电化学交流阻抗法（EIS）等,考察了该传感器的电化学性能。利用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）等技术对传感器表面进行结构分析。在最佳实验条件下,该电极的峰电流与双酚A在10~100nmol/L浓度范围内呈良好线性关系,相关系数（r）为09977,检出限（S/N=3）为01nmol/L。该电极表现出良好的灵敏度、选择性、重现性和稳定性,已成功应用于自来水中双酚A含量的测定,加标回收率为921%~1080%。     

Ag/CuS/rGO复合材料的制备及对亚硝酸盐的电化学传感性能研究

以溶剂热法制备Cu3(BTC)2为前驱体,通过两步转化得到Ag/CuS/rGO复合材料,构制了电化学传感器,研究了其对NO2^-离子的电催化行为,建立了测定NO2^-离子的电化学分析方法。Ag/CuS/rGO复合材料对NO2^-离子展现了良好的电催化性能,检测线性范围为1~50μmol/L和50~550μmol/L,检出限为0.04μmol/L(S/N=3)。该传感器具有制作简单、选择性好和检出限低的特点,拓展了金属有机框架材料(MOFs)在电化学领域的应用。     

基于还原石墨烯/纳米银复合材料的电化学传感器测定双酚A

石墨烯特有的褶皱层状结构以及银纳米粒子良好的催化性能,使其在电化学方面具有良好的应用潜能.本研究以柠檬酸钠为还原剂,通过水热反应原位制备出还原石墨烯/纳米银复合材料(rGO/AgNPs),用于修饰玻碳电极,研究了双酚A的电化学行为.循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)的实验结果表明,双酚A可以在rGO/AgNPs修饰电极表面发生快速的氧化还原反应,基于此实现了对双酚A的高灵敏检测.在最优条件下,双酚A的氧化峰电流与其浓度在0.1~40.0μmol/L范围内呈良好的线性关系(r2=0.996),检出限为50.7 nmol/L(S/N=3).将其用于实际环境和塑料样品中双酚A的检测,回收率为91.7%~102.9%.     

CuNi/β-环糊精/还原氧化石墨烯修饰电极电化学检测多巴胺

建立了一种循环伏安法制备CuNi/β-环糊精/还原氧化石墨烯修饰玻碳电极(CuNi/β-CD/ERGO/GCE)的方法。通过多巴胺在该修饰电极上的电化学行为发现,该电化学传感器实现了快速、灵敏的测定多巴胺。该传感器用差分脉冲伏安法(DPV)测定多巴胺时,其电化学响应电流与多巴胺浓度在0.01~20μmol/L之间呈线性关系,检测限为8 nmol/L。该传感器用于尿液样品中的多巴胺检测,回收率在95.6%~107.2%之间。     

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(TiO₂)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO₂复合材料(GO/TiO₂), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO₂复合材料(RGO/TiO₂). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的RGO/TiO₂复合材料的电化学性能得到显著提升, RGO含量为4.0%(w)的RGO/TiO₂复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 153.7 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和114.4 mAh·g^-1 (600mA·g^-1), 而纯TiO₂的比容量仅为93.6 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 69.6 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和26.5 mAh·g^-1 (600mA·g^-1). 4.0%(w) RGO/TiO₂复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g^-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g^-1. 同等条件下, 纯TiO₂电极比容量只有68.8 mAh·g^-1. RGO包覆改性极大提高了TiO₂在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.     

基于银纳米粒子/氧化石墨烯复合薄膜制备TNP电化学传感器

利用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO), 以葡萄糖为还原剂直接在GO表面沉积银纳米粒子(AgNPs)得到性能稳定的AgNPs/GO纳米复合材料;基于该纳米复合材料修饰电极构建了一种新型的2, 4, 6-三硝基苯酚(TNP)电化学传感器。采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和交流阻抗(EIS)等多种方法对纳米复合薄膜进行了表征;并研究了TNP在复合薄膜修饰电极上的电化学行为和动力学性质。结果表明, AgNPs/GO对TNP有较强的电催化活性, 在复合薄膜修饰电极出现一灵敏的氧化峰和3个还原峰;利用氧化峰可对TNP进行定量分析。同时整个电极过程明显不可逆, 电极反应受到吸附步骤控制;复合膜电极表面覆盖度为5.617×10^-8 mol·cm^-2, 在所研究电位下的速率常数为9.745×10^-5 cm·s^-1。在pH 6.8的磷酸缓冲液中, 当富集电位为-0.70 V, 富集时间为60 s;TNP氧化峰电流与其浓度在5.0×10^-9~1.0×10^-7 mol·L^-1范围内成良好线性关系, 相关系数为0.995 8, 检出限可达1.0×10^-9 mol·L^-1。所制备的电化学传感器稳定性和选择性较好;用于实际水样中TNP的现场快速检测, 加标回收率在 97.6%~103.9%之间。     

基于银纳米粒子/氧化石墨烯复合薄膜制备TNP电化学传感器

利用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),以葡萄糖为还原剂直接在GO表面沉积银纳米粒子(AgNPs)得到性能稳定的AgNPs/GO纳米复合材料;基于该纳米复合材料修饰电极构建了一种新型的2,4,6-三硝基苯酚(TNP)电化学传感器。采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和交流阻抗(EIS)等多种方法对纳米复合薄膜进行了表征;并研究了TNP在复合薄膜修饰电极上的电化学行为和动力学性质。结果表明,AgNPs/GO对TNP有较强的电催化活性,在复合薄膜修饰电极出现一灵敏的氧化峰和3个还原峰;利用氧化峰可对TNP进行定量分析。同时整个电极过程明显不可逆,电极反应受到吸附步骤控制;复合膜电极表面覆盖度为5.617×10-8mol.cm-2,在所研究电位下的速率常数为9.745×10-5cm.s-1。在pH 6.8的磷酸缓冲液中,当富集电位为-0.70 V,富集时间为60 s;TNP氧化峰电流与其浓度在5.0×10-9~1.0×10-7mol.L-1范围内成良好线性关系,相关系数为0.995 8,检出限可达1.0×10-9mol.L-1。所制备的电化学传感器稳定性和选择性较好;用于实际水样中TNP的现场快速检测,加标回收率在97.6%~103.9%之间。     

Manganese Oxide Nanoparticles/Reduced Graphene Oxide as Novel Electrochemical Platform for Immobilization of FAD and its Application as Highly Sensitive Persulfate Sensor

In this study, manganese oxide nanoparticles/reduced graphene oxide(MnOxNPs/rGO) was used as support for strong immobilization of flavin adenine dinucleotide(FAD). A thin film of rGO cast on the electrode surface, followed by performing electrodeposition of MnOxNPs at applied constant potential of +1.4 V vs. Ag/AgCl for 200 s. Finally, FAD was electrodeposited onto the rGO/MnOxNPs film by potential cycling between 1.0 to ?1.0 V in solution containing 1 mg ml^?1 FAD. Electrochemical properties and catalytic activity of GCE/rGO‐MnOxNPs/FAD toward persulfate (S₂O₈^2?) reduction was investigated. Under optimized condition, the concentration calibration range, detection limit, and sensitivity were 0.1 μM–2 mM, 90 nM and 125.8 nA/μM, respectively, using hydrodynamic amperometry technique.     

DNA Induced FePt Bimetallic Nanoparticles on Reduced Graphene Oxide for Electrochemical Determination of Dopamine

FePt bimetallic nanoparticles were formed on reduced graphene oxide(rGO) with the help of double-stranded DNA(dsDNA) via a simple and universal route to obtain a FePt/DNA-rGO composite. The FePt nanoparticles with an average size of about 5 nm were well dispersed on rGO. FePt/DNA-rGO modified glassy carbon electrode(GCE) exhibited excellent electrocatalytic activity for the oxidation of dopamine(DA) with a detection limit of 100 nmol/L(S/N = 3). In addition, the FePt/DNA-rGO based electrochemical sensor showed an excellent selectivity for DA in the presence of ascorbic acid(AA), uric acid(UA) and other interference reagents. The as-prepared electrochemical biosensor shows great promise in the application of clinical diagnostics.     

Research Progress on Nitrite Electrochemical Sensor

Nitrite has been widely used in industrial and agricultural production and is commonly found in food, drinking water, biology and environment. However, nitrite is a toxic inorganic pollutant that is very harmful to the health of human and other organisms. A variety of strategies have been proposed for nitrite detection in recent years. Among which, electrochemical approaches have gained more and more attention owing to the characteristics of simplicity, speediness, high sensitivity, and low cost, etc. The principle of nitrite electrochemical sensor is recommended in this review. The research progresses of nanocomposite material sensor for electrochemical nitrite detection based on carbon material, metal material, metal organic framework, conducting polymer and enzyme in recent years are also introduced from the perspective of composite electrode modification layer. The construction approaches and sensing performances of modified electrode are put special emphasis. At last, future trends of nitrite electrochemical sensor are discussed.     

Preparation of Molecularly Imprinted Electrochemical Sensor for Detection of Vincristine Based on Reduced Graphene Oxide/Gold Nanoparticle Composite Film

An innovative molecularly imprinted electrochemical sensor was fabricated based on reduced graphene oxide (RGO) and gold nanocomposite (Au) for rapid detection of vincristine (VCR). The RGO‐Au composite membrane was obtained via direct one‐step electrodeposition technique of graphene oxide (GO) and chloroauric acid (HAuCl₄) on the surface of a glassy carbon electrode (GCE) by means of cyclic voltammetry (CV) in the potential range between ?1.5 and 0.6 V in phosphate buffer solution (PBS) of pH 9.18, which is capable of effectively utilizing its superior electrical conductivity, larger specific surface area due to its synergistic effect between RGO and Au. The molecularly imprinted polymers (MIPs) were synthesized on the RGO‐Au modified glassy carbon electrode surface with VCR as the template molecular, methyl acrylic acid (MAA) as the functional monomer, and ethylene glycol maleic rosinate acrylate (EGMRA) as a cross‐linker. The performance of the sensor was investigated by cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in detail. Under the optimum conditions, the fabricated sensor exhibited a linear relationship between oxidation peak current and VCR concentration over the range of 5.0×10^?8–5.0×10^?6 mol·L ^minus;1 with a correlation coefficient of 0.9952 and a detection limit (S/N=3) of 2.6×10^minus;8 mol·L^minus;1. The results indicated that the imprinted polymer films exhibited an excellent selectivity for VCR. The imprinted sensor was successfully used to determine VCR in real samples with recoveries of 90% –120% by using the standard addition method.     

用于压力传感的还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料

利用丝蛋白能够在还原氧化石墨烯片层上发生选择性聚集的特性,制备了还原氧化石墨烯片层上富集有丝蛋白微纤且分散性良好的还原氧化石墨烯片和丝蛋白混合溶液,并通过冷冻以及低温乙醇处理的方法得到一系列不同比例的还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料.随后,采用溶液浸泡的方法在多孔材料表面再次沉积还原氧化石墨烯,以进一步提高还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料的压敏导电性.系统观察和测试结果表明,还原氧化石墨烯的引入,不仅使得多孔材料内部出现了相应的微纳结构,同时也提高了多孔材料的力学性能.还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料在完全湿态下兼具较好的强度和弹性,可以在0%~80%的压缩应变之间实现良好的压缩回复效果和压力传感性能.其中,最佳比例下的还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料在低压力下的灵敏度可达0.15 kPa?1,在0~17.3 kPa范围内能够高效工作并且具有优异的电学稳定性和耐疲劳性.因此,还原氧化石墨烯/丝蛋白基多孔复合材料因其高灵敏度、宽工作范围、结构可调以及可塑性好等诸多优点,有望在柔性压力传感方面获得较好的应用.     

Selective and Simultaneous Determination of Dihydroxybenzene Isomers Based on Green Synthesized Gold Nanoparticles Decorated Reduced Graphene Oxide

In the present study, we report the simultaneous electrochemical determination of hydroquinone (HQ), catechol (CC) and resorcinol (RC) at gold nanoparticles (Au‐NPs) decorated reduced graphene oxide (RGO) modified electrode. An enhanced and well defined peak current response with a better peak separation of HQ, CC and RC is observed at RGO/Au‐NPs composite than that of RGO and Au‐NPs modified electrodes. The fabricated modified electrode shows a wide linear response in the concentration range of 3–90 µM, 3–300 µM and 15–150 µM for HQ, CC and RC, respectively. The detection limit of HQ, CC and RC is found as 0.15 µM, 0.12 µM and 0.78 µM, respectively.