【摘要】：納米材料由于結(jié)構(gòu)的特殊性,具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,因此在電化學(xué)傳感器及超級(jí)電容器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來,一些酶、過渡金屬、過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等納米材料被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)領(lǐng)域中。然而隨著對納米材料研究的深入,發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用納米材料由于容易發(fā)生團(tuán)聚,從而阻礙了電子傳輸,降低了材料的比表面積和電化學(xué)性能,因此當(dāng)務(wù)之急是尋求合適的納米復(fù)合材料解決這些難題。碳基材料如石墨烯和多孔碳是常用的負(fù)載納米材料的支撐材料。石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電性好、良好的生物兼容性以及不具備可變價(jià)態(tài)難以發(fā)生氧化還原反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。多孔碳具有來源廣、比表面積大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本論文主要在碳基材料基底上通過原位生長,電化學(xué)還原等方法負(fù)載納米材料,構(gòu)建出一體納米復(fù)合材料電極,改善了單獨(dú)使用納米材料分散性能差的特點(diǎn),同時(shí)由于一體電極的構(gòu)建,不需要粘合劑,有效地避免了粘合劑對電化學(xué)性能的干擾。本論文的具體工作如下:1.首先采用電化學(xué)法分別用碳酸鉀(K2CO3)和硝酸鉀(KNO3),通過兩步法將已經(jīng)處理好的商用碳紙進(jìn)行溫和的電化學(xué)剝離,使用Raman光譜和掃描電子顯微鏡等技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)碳紙表面被剝離后,出現(xiàn)典型的石墨烯層狀褶皺結(jié)構(gòu),然后采用原位生長的方法在其表面生長四氧化三鐵(Fe3O4),通過恒電流充放電測試,測得在電流密度為1 A g~(-1)時(shí),其比電容為316.07 F g~(-1)。然后將其表面重氮鹽功能化后,在1 A g~(-1)時(shí)比電容增加到470 F g~(-1),表現(xiàn)出良好的電容器性能。同時(shí),此工作具有成本低廉、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。2.采用商業(yè)化丙烯酸酯膠帶通過簡單的物理剝離得到三維多孔柔性石墨烯電極(GTE),并基于此GTE構(gòu)建了兩種葡萄糖傳感器:鎳鈷雙金屬柔性一體電極(Ni-CoNSs/GTE)和葡萄糖氧化酶-金納米粒子-殼聚糖一體電極(GOD/AuNPs-CHIT/GTE),其中Ni-CoNSs/GTE對葡萄糖檢測的線性范圍為0.6mM到260mM(R=0.992)和1.36 mM到5.464 mM,(R=0.996)。GOD/AuNPs-CHIT/GTE對葡萄糖檢測的線性范圍為:0-14.0 mM(R=0.992),最低檢出限為0.202 mM,靈敏度為9μA mM-1 cm-2。這兩種葡萄糖傳感器都具有良好的電化學(xué)性能,并能夠成功應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測。這些結(jié)果證實(shí)我們提出的三維多孔柔性石墨烯電極在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。3.第三個(gè)工作采用三聚氰胺泡沫為前驅(qū)體,通過高溫煅燒得到三維泡沫碳,然后將石墨烯組裝到該三維的泡沫碳上形成石墨烯/三維泡沫碳納米復(fù)合材料,最后在復(fù)合材料上面通過化學(xué)氧化法原位生長聚苯胺,得到泡沫碳/石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合材料(CC-GO-PANI),該材料表現(xiàn)出較高的比電容(在1 A g~(-1)電流密度下,比電容為1870 F g~(-1))以及很好的循環(huán)性能(在5 A g~(-1)下循環(huán)充放電5000圈,比電容下降為原來的95%)。此工作所用材料簡單易得,同時(shí),石墨烯與聚苯胺的負(fù)載降低了電子傳遞時(shí)產(chǎn)生的阻力,因此,本復(fù)合材料具有較高的比電容和較好的循環(huán)性能。表明該復(fù)合材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

2]。傳感器幾乎已經(jīng)覆蓋了我們生產(chǎn)生活的方方面面，在宇宙開發(fā)，海洋探測，醫(yī)學(xué)檢測，甚至文物保護(hù)方面都發(fā)揮著其不可替代的作用。因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展對于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的進(jìn)步具有重大的意義，世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。作為人體感官的延伸，，傳感器可以相對應(yīng)人類感官按功能分類：光敏傳感器對應(yīng)人體視覺[3]；聲敏傳感器[4, 5]對應(yīng)人體聽覺；氣敏傳感器[6, 7]對應(yīng)人體嗅覺；化學(xué)傳感器[8]對應(yīng)人體味覺；以及壓敏、溫敏、流體傳感器對應(yīng)人體觸覺。另一方面，我們也可以按傳感器的工作原理將其分為根據(jù)物理效應(yīng)（如壓電效應(yīng)，光電效應(yīng)等）制備的物理傳感器和根據(jù)化學(xué)現(xiàn)象（電化學(xué)反應(yīng)、光化學(xué)等）化學(xué)傳感器。1.1.2 電化學(xué)傳感器化學(xué)傳感器根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的原理不同劃分為電化學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)三大類[6]。電化學(xué)傳感器具有靈敏度高、價(jià)格低廉、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究和應(yīng)用較為廣泛的一種。

碩士學(xué)位論文電化學(xué)傳感器示意圖，從圖中可以看到，目標(biāo)物質(zhì)通過信體、無機(jī)材料等）然后通過信號(hào)轉(zhuǎn)化元件（電化學(xué)傳感器極、一體電極等）傳輸?shù)玫降碾娦盘?hào)，然后經(jīng)過信號(hào)處理或者通過特殊的計(jì)算方式獲得可讀取的信號(hào)輸出[11-14]。示為常見的電化學(xué)三電極體系示意圖，參比電極有著非常參比電極不會(huì)引起極化，有穩(wěn)定的電位，而電流由工作。同時(shí)測得工作電極的電位和電流。經(jīng)過了大量基礎(chǔ)研究將逐漸向微型化、智能化、數(shù)字化以及商品化發(fā)展，以期品監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測在線檢測的現(xiàn)場和家庭化。
【學(xué)位授予單位】：江西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2586877