【摘要】：石墨烯、碳納米管等納米碳材料因其優(yōu)異的電化學性能,在電化學催化和電化學儲能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而石墨烯、碳納米管等納米碳材料易聚集、表面無活性官能團,難與其它材料進行復(fù)合,這成為阻礙納米碳材料實際應(yīng)用的瓶頸問題。針對這個問題,本論文設(shè)計采用石墨烯量子點(GQD)修飾納米碳材料,既可以提高納米碳材料的分散性能,又能在不破壞納米碳材料共軛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,為納米碳材料表面帶來能與金屬離子、聚苯胺等結(jié)合的位點,達到控制復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的目的。另外,作為一種新型的納米碳材料,GQD不損害石墨烯、碳納米管等納米碳材料的導(dǎo)電性和電化學穩(wěn)定性。因此采用GQD修飾納米碳材料,是實現(xiàn)納米碳復(fù)合材料可控制備的新思路和新方法。主要內(nèi)容如下:(1)采用石墨烯量子點(GQD)功能化修飾多壁碳納米管(MWNT),制備分散均勻的多壁碳納米管/石墨烯量子點(MWNT/GQD)水溶液,然后利用GQD表面的羧基官能團均勻的吸附Ag+、Ni2+,在堿性條件下水熱反應(yīng)生成Ni(OH)_2,同時實現(xiàn)GQD表面的含氧官能團和Ag+的還原,獲得MWNT/GQD/Ag/Ni(OH)_2納米復(fù)合材料。電化學檢測結(jié)果表明:該復(fù)合材料修飾的玻碳電極可以有效地催化葡萄糖的無酶電化學氧化。研究發(fā)現(xiàn)隨著Ag和Ni含量的改變,復(fù)合物的電催化性能也隨之改變,其中Ag和Ni含量占MWNT質(zhì)量80wt%時MWNT/GQD/Ag/Ni(OH)_2納米復(fù)合材料電化學性能最好。在5.0×10-7mol/L~2×10-4 mol/L范圍內(nèi)該納米復(fù)合材料修飾的玻碳電極可以有效檢測葡萄糖,檢測限為2×10-7mol/L。相對于抗壞血酸、雙氧水、硝苯地平、多巴胺該修飾電極對葡萄糖有唯一的電化學識別作用。(2)分別以熱還原法、混酸剝離碳纖維法和化學氧化法制備了還原氧化石墨烯(rGO)、石墨烯量子點(GQD)和聚苯胺(PANI)。進一步以GQD為連接體,以rGO和PANI為原料,采用溶液共混法制備rGO/GQD/PANI三元復(fù)合粉體材料,并用恒流充放電實驗研究復(fù)合材料的電容性能。通過研究反應(yīng)物的質(zhì)量比對rGO/GQD/PANI納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及超電容性能的影響可知,當石墨烯與聚苯胺質(zhì)量比為1:1時得到的rGO/GQD/PANI納米復(fù)合材料具有最優(yōu)的電容性能,比電容可達到324 F/g,相對于純組分PANI的比電容194 F/g有了大幅提高;1000次充放電循環(huán)后,rGO/GQD/PANI納米復(fù)合材料比電容損失只有19%,而純PANI的比電容損失高達68%。(3)以rGO/GQD與PANI分散液為組裝前體,以π-π作用和靜電力為驅(qū)動力,采用層層自組裝的方法制備了結(jié)構(gòu)均勻致密的rGO/GQD/PANI層層自組裝膜。電化學檢測結(jié)果表明,rGO/GQD/PANI層層自組裝膜修飾的氧化銦錫(ITO)電極,可以有效的催化中性水溶液中雙氧水的電化學還原。時間-電流實驗證明rGO/GQD/PANI層層自組裝膜/ITO電極可以有效檢測水溶液中雙氧水的濃度,其檢測線性范圍為5.0×10-7 mol/L~4×10-5mol/L,線性相關(guān)系數(shù)為0.99。相同條件下,該電極對抗壞血酸、葡萄糖、硝苯地平、多巴胺等無電化學響應(yīng),說明rGO/GQD/PANI層層自組裝膜/ITO電極是良好的雙氧水電化學識別和檢測器件。
[Abstract]:Graphene, carbon nanotubes and other nano-carbon materials exhibit a wide application prospect in the field of electrochemical catalysis and electrochemical energy storage due to their excellent electrochemical properties. However, the nano-carbon materials such as graphene and carbon nano-tubes are easy to collect and have no active functional groups on the surface and are difficult to compound with other materials, thus becoming the bottleneck problem of the practical application of the nano-carbon material. According to the problem, the graphene quantum dot (GQD) modified nano-carbon material is designed, so that the dispersion property of the nano-carbon material can be improved, The bonding sites of polyaniline and the like are used to achieve the purpose of controlling the microstructure of the composite material. In addition, as a novel nano-carbon material, GQD does not damage the conductivity and electrochemical stability of nano-carbon materials such as graphene and carbon nanotubes. Therefore, using GQD modified nano-carbon material is a new way to realize the controllable preparation of nano-carbon composite material. The main contents are as follows: (1) a graphene quantum dot (GQD) functionalized modified multi-wall carbon nano tube (MWNT) is adopted to prepare a dispersed uniform multi-wall carbon nano tube/ graphene quantum dot (MWNT/ GQD) aqueous solution, and then the Ag + and the Ag + are uniformly adsorbed on the surface of the GQD surface, An MWNT/ GQD/ Ag/ Ni (OH) _ 2 nanocomposite was obtained by hydrothermal reaction under alkaline condition to produce Ni (OH) _ 2, simultaneous reduction of oxygen-containing functional groups and Ag + on the surface of GQD. Electrochemical detection results show that the modified glassy carbon electrode can effectively catalyze the enzyme-free electrochemical oxidation of glucose. The results show that the electrochemical performance of MWNT/ GQD/ Ag/ Ni (OH) _ 2 nanocomposite is the best when the content of Ag and Ni accounts for 80wt% of MWNT. The glassy carbon electrode modified by the nano composite material can effectively detect glucose in the range of 5. 0-10-7mol/ L-2-10-4 mol/ L, and the detection limit is 2-10-7mol/ L. The modified electrode has a unique electrochemical recognition effect on glucose relative to ascorbic acid, hydrogen peroxide, NiNi3 and dopamine. (2) Reduction of graphene oxide (rGO), graphene quantum dots (GQD) and PANI (PANI) were prepared by thermal reduction method, mixed acid stripping carbon fiber method and chemical oxidation method respectively. RGO/ GQD/ PANI ternary composite powder material was prepared with rGO and PANI as raw materials with GQD as the linker, and the capacitance properties of the composites were investigated by constant flow charge and discharge experiments. When the mass ratio of graphene to polyaniline is 1: 1, the rGO/ GQD/ PANI nano composite material obtained by the mass ratio of graphene to polyaniline is 1: 1 has the optimal capacitance performance, and the specific capacitance can reach 324F/ g, Compared with the pure component PANI, the specific capacitance 194F/ g is greatly improved; after 1000 charge and discharge cycles, the rGO/ GQD/ PANI nano composite material is only 19% higher than the capacitance loss, and the specific capacitance loss of the pure PANI is 68% higher than that of the pure PANI. (3) The rGO/ GQD/ PANI layer self-assembled film with uniform structure was prepared by layer-by-layer self-assembly method with rGO/ GQD and PANI dispersion as the pre-assembly. Electrochemical detection results show that rGO/ GQD/ PANI layer self-assembled membrane modified tin oxide (ITO) electrode can effectively catalyze the electrochemical reduction of hydrogen peroxide in neutral aqueous solution. The time-current experiment proves that the rGO/ GQD/ PANI layer self-assembled film/ ITO electrode can effectively detect the concentration of hydrogen peroxide in the aqueous solution, and the detection linear range is 5. 0-10-7 mol/ L-4, 10-5mol/ L, and the linear correlation coefficient is 0. 99. Under the same conditions, the electrode has no electrochemical response to ascorbic acid, glucose, NiNip, dopamine and the like, and indicates that the rGO/ GQD/ PANI layer-by-layer self-assembled membrane/ ITO electrode is a good electrochemical recognition and detection device for hydrogen peroxide.
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;TB383.1

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本文編號：2300745