石墨烯的制备-功能化及在化学中的应用(可编辑)(常用版)

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石墨烯的制备_功能化及在化学中的应用石墨烯的制备_功能化及在化学中的应用（可编辑）（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）物理化学学报WuliHuaxueXuebaoAugustActaPhys-ChimSin20212682073-20862073[Review]comeducn石墨烯的制备功能化及在化学中的应用胡耀娟金娟张卉吴萍蔡称心南京师范大学化学与环境科学学院江苏省生物功能材料重点实验室电化学实验室南京210097摘要石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一本文仅就目前石墨烯的制备方法功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极化学电源催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望关键词石墨烯碳材料石墨烯氧化物石墨烯功能化石墨烯应用中图分类号O646GrapheneSynthesisFunctionalizationandApplicationsinChemistryHUYao-JuanJINJuanZHANGHuiWUPingCAIChen-XinLaboratoryofElectrochemistryJiangsuKeyLaboratoryofBiofunctionalMaterialsCollegeofChemistryandEnvironmentalScienceNanjingNormalUniversityNanjing210097PRChinaAbstractGraphenearecentlydiscoveredcarbonnanomaterialwithcarbonatomstightlypackedintoatwodimensionalhoneycomblatticepossessesmanynovelanduniquephysicalandchemicalpropertiesbecauseofitsunusualmonolayeratomicstructureGraphenehasreceivedagreatdealofattentioninfundamentalandappliedresearchThisreviewpresentsthecurrentstatusofgraphenesynthesisfunctionalizationandapplicationsinchemistrySpecificallytheuseofgrapheneforthefabricationofchemicallymodifiedelectrodesthepreparationofchemicalpowersourcescatalystandmedicinalmatricesandingassensorsaresummarizedFinallyfurtherapplicationsbasedongraphenearebrieflyintroducedKeyWordsGrapheneCarbonmaterialGrapheneoxideFunctionalizationofgrapheneApplicationofgraphene碳材料是一种地球上较普遍而特殊的材料它形成了从零维的富勒烯一维的CNTs二维的石墨可以形成硬度较大的金刚石也可以形成较软的石烯到三维的金刚石和石墨的完整体系石墨烯是由墨近20年来碳纳米材料一直是科技创新的前沿碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的其基本[1]领域1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环其理论米管CNTs[2]均引起了巨大的反响兴起了研究热厚度仅为035nm是目前所发现的最薄的二维材[3][3]潮2004年Manchester大学的Geim小组首次用料石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元可以机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶翘曲变成零维的富勒烯卷曲形成一维的CNTs[4-5]体石墨烯石墨烯的发现充实了碳材料家族或者堆垛成三维的石墨图1这种特殊结构蕴含了ReceivedDecember282021RevisedMarch312021PublishedonWebJune112021CorrespondingauthorEmailcxcaicomTel86-25-85891780TheprojectwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina20673057207730672083300620905036ProgramforNewCenturyExcellentTalentsinUniversityNET-06-0508andFoundationoftheJiangsuEducationCommitteeChina09KJA15000109KJB150006国家自然科学基金20673057207730672083300620905036新世纪优秀人才支持计划NET-06-0508江苏省高校自然科学研究项目09KJA15000109KJB150006资助鬁EditorialofficeofActaPhysico-ChimicaSinica2074ActaPhys-ChimSin2021Vol26起科技界新一轮的碳研究热潮已有一些综述性[12-18]文章从不同方面对石墨烯的性质进行了报道本文仅根据现有的文献报道对石墨烯的制备方法功能化以及在化学领域中的应用作一综述1石墨烯的制备11机械剥离法Manchester大学Geim领导的研究组2004年[3]在Science上发表论文报道了他们用机械剥离法mechanicalexfoliation制备得到了最大宽度可达10μm的石墨烯片图2其方法主要是用氧等离子束在高取向热解石墨HOPG表面刻蚀出宽20μm-2图1单层石墨烯及其派生物示意图[16]mm深5μm的槽面并将其压制在附有光致抗蚀Fig1Schematicdiagramsofgrapheneandits[16]剂的SiOSi基底上焙烧后用透明胶带反复剥离derivatives2出多余的石墨片剩余在Si晶片上的石墨薄片浸泡丰富而奇特的物理现象使石墨烯表现出许多优异于丙酮中并在大量的水与丙醇中超声清洗去除大的物理化学性质如石墨烯的强度是已测试材料中多数的较厚片层后得到厚度小于10nm的片层这最高的达130GPa[6]是钢的100多倍其载流子迁些薄的片层主要依靠范德华力或毛细作用力42-1-1[7]移率达15×10cm·V·s是目前已知的具有最capillaryforces与SiO紧密结合最后在原子力显2高迁移率的锑化铟材料的2倍超过商用硅片迁移微镜下挑选出厚度仅有几个单原子层厚的石墨烯片率的10倍在特定条件下如低温骤冷等其迁移层此方法可以得到宽度达微米尺寸的石墨烯片但52-1-1[8]率甚至可高达25×10cm·V·s石墨烯的热导不易得到独立的单原子层厚的石墨烯片产率也很3-1-1[9]率可达5×10W·m·K是金刚石的3倍另外石低因此不适合大规模的生产及应用墨烯还具有室温量子霍尔效应Halleffect[10]及室随后这一方法得到了进一步研究并成为制备[11][19]温铁磁性等特殊性质石墨烯的这些优异特性引石墨烯的重要方法之一Novoselov等用这种方法图2机械剥离法制备石墨烯的示意图[3]Fig2Schematicillustrationofpreparationofgraphenefilmsbymechanicalexfoliationmethod[3]Aphotographinnormalwhitelightofarelativelylargemultilayergrapheneflakewiththickness3nmontopofanoxidizedSiwaferBatomicforcemicroscopicAFMimageof2μm×2μmareaofthisflakenearitsedgeCAFMimageofsingle-layergraphenecentralarea08nmheightDscanningelectronmicroscopicimageofoneofexperimentaldevicespreparedfromfew-layergrapheneEschematicviewofthedeviceinDNo8胡耀娟等石墨烯的制备功能化及在化学中的应用2075制备出了单层石墨烯并验证了其能够独立存在落生成单层石墨氧化物即石墨烯氧化物另外石[20]随后Meyer等将机械剥离法制备的含有单层石墨墨烯氧化物片的大小可以通过超声功率的大小及超烯的Si晶片放置于一个经过刻蚀的金属架上用酸声时间的长短进行调节将Si晶片腐蚀掉成功制备了由金属支架支撑的悬制备的石墨氧化物也可通过LBLangmuir-[27]空的单层石墨烯他们研究后发现单层石墨烯并不Blodgett膜技术组装成石墨烯氧化物片先将石是一个平整的平面而是平面上有一定高度5-10墨氧化物在水-甲醇的混合溶液中超声约30min离[21]-1nm的褶皱Schleberger等用该方法在不同基底上心8000r·min除去少量的副产物与较小的石墨氧制备出石墨烯将常用的SiO基底更换为其它的绝化物片层后重新分散于水-甲醇溶液中进一步离2缘晶体基底如SrTiOTiOAlO和CaF等所制心2500r·min-1去除较大的石墨氧化物片最后可32232得的石墨烯单层厚度仅为034nm远远小于在获得宽度为5-20μm的石墨氧化物片将上述过程SiO基底上制得的石墨烯该方法还有利于进一步制得的石墨氧化物用玻璃注射器按100μL·min-1的2研究石墨烯与基底的相互作用速度注入填满二次水的水槽里由张力计监控表面2-112氧化石墨-还原法压力压制速率为20m·min随着甲醇的蒸发石石墨先经化学氧化得到边缘含有羧基羟基墨氧化物在水中形成单层此法可获得厚度约为1层间含有环氧及羰基等含氧基团的石墨氧化物nm面积较大的石墨烯氧化物片层graphiteoxide此过程可使石墨层间距离从034最后制备的单层石墨烯氧化物还需经还原后nm扩大到约078nm再通过外力剥离如超声剥才能得到石墨烯还原的方法有化学还原法热还原离得到单原子层厚度的石墨烯氧化物graphene法电化学还原法等化学还原法中常用的还原剂有[28]oxide进一步还原可制备得到石墨烯这种方法制硼氢化钠肼等化学还原法可有效地将石墨烯氧备的石墨烯为独立的单层石墨烯片产量高应用化物还原成石墨烯除去碳层间的各种含氧基团但广泛得到的石墨烯易产生缺陷因而其导电性能达不到石墨的氧化方法主要有Hummers[22]Brodie[23]理论值除化学还原外也可通过电化学方法将石墨[24][29]和Staudenmaier三种方法它们都是用无机强质氧化物还原成石墨烯将涂覆有石墨氧化物片的子酸如浓硫酸发烟HNO3或它们的混合物处理基底如石英置于磷酸盐缓冲溶液中pH412将原始石墨将强酸小分子插入石墨层间再用强氧化工作电极玻碳电极直接与7μm厚的石墨氧化物剂如KMnOKClO等对其进行氧化Hummers氧片膜接触控制扫描电位从-06至-12V进行线性44化法的优点是安全性较高与Hummers法及Brodie伏安扫描即可将石墨氧化物还原成石墨烯该方法法相比Staudemaier法由于使用浓硫酸和发烟硝酸所得到的石墨烯中C和O的原子比为423低混合酸处理石墨对石墨层结构的破坏较为严重氧于化学还原法制得的石墨烯中C和O的原子比化剂的浓度和氧化时间对制备的石墨烯片的大小及约为709[25][30-32]厚度有很大影响因此氧化剂浓度及氧化时间需热还原法是在N2或Ar气气氛中对石墨氧经过仔细筛选才能得到大小合适的单层氧化石墨化物进行快速高温热处理一般温度约为1000℃烯片升温速率大于2000℃·min-1使石墨氧化物迅速膨制备的石墨氧化物均需经过剥离还原等步骤胀而发生剥离同时可使部分含氧基团热解生成才能得到单层的石墨烯剥离的方法一般用超声剥CO从而得到石墨烯该方法制备的石墨烯中的C2离法即将石墨氧化物悬浮液在一定功率下超声一和O的比一般约为10[31]高于用化学还原法制备的[26]定的时间超声波在氧化石墨悬浮液中疏密相间石墨烯中C和O的比地辐射使液体流动而产生数量众多的微小气泡这除上述方法外还可通过在光催化剂TiO的存2[33]些气泡在超声波纵向传播的负压区形成生长而在在下紫外光照射还原以及N2气氛下氙气灯的快[34]正压区迅速闭合在这种被称之为空化效应的过速闪光光热还原石墨氧化物得到石墨烯8程中气泡闭合可形成超过10×10Pa个大气压的13化学气相沉积法瞬间高压连续不断产生的高压就象一连串小爆化学气相沉积CVD法提供了一种可控制备石炸不断地冲击石墨氧化物使石墨氧化物片迅速剥墨烯的有效方法与制备CNTs不同用CVD法制2076ActaPhys-ChimSin2021Vol26备石墨烯时不需颗粒状催化剂它是将平面基底如石墨烯并研究了其性能与机械剥离法得到的石墨金属薄膜金属单晶等置于高温可分解的前驱体烯相比外延生长法制备的石墨烯表现出较高的载如甲烷乙烯等气氛中通过高温退火使碳原子沉流子迁移率等特性但观测不到量子霍尔效应积在基底表面形成石墨烯最后用化学腐蚀法去除15电化学方法[50]金属基底后即可得到独立的石墨烯片通过选择基Liu等通过电化学氧化石墨棒的方法制备了底的类型生长的温度前驱体的流量等参数可调控石墨烯他们将两个高纯的石墨棒平行地插入含有石墨烯的生长如生长速率厚度面积等此方法离子液体的水溶液中控制电压在10-20V30min已能成功地制备出面积达平方厘米级的单层或多层后阳极石墨棒被腐蚀离子液体中的阳离子在阴极石墨烯其最大的优点在于可制备出面积较大的石还原形成自由基与石墨烯片中的π电子结合形墨烯片图3[35]成离子液体功能化的石墨烯片最后用无水乙醇洗该方法已成功地用于在多种金属基底表面如涤电解槽中的黑色沉淀物60℃下干燥2h即可得Ru0001[36]Pt111[37]Ir111[38]等制备石墨烯最到石墨烯此方法可一步制备出离子液体功能化的近Kong[39]和Kim[40]研究组分别用CVD法在多晶石墨烯但制备的石墨烯片层大于单原子层厚度Ni薄膜表面制备了尺寸可达到厘米数量级的石墨16电弧法[41]烯Ruoff研究组在Cu箔基底表面上采用CVD石墨烯还可以通过电弧放电的方法制备在维法成功地制备了大面积高质量石墨烯而且所获得持高电压大电流氢气气氛下当两个石墨电极靠的石墨烯主要为单层结构近到一定程度时会产生电弧放电在阴极附近可收14外延生长法集到CNTs以及其它形式的碳物质而在反应室内该方法一般是通过加热6H-SiC单晶表面脱壁区域可得到石墨烯这可能是氢气的存在减少了[42-46][51]附Si0001面原子制备出石墨烯先将6H-SiCCNTs及其它闭合碳结构的形成Rao等通过电单晶表面进行氧化或H刻蚀预处理在超高真空下弧放电过程制备了2-4单原子层厚的石墨烯此法2133×10-8Pa加热至1000℃去除表面氧化物通过也为制备p型n型掺杂石墨烯提供了一条可行途俄歇电子能谱Augerelectronspectroscopy确认氧径化物已完全去除后样品再加热至1250-1450℃并17有机合成法[52]恒温10-20min所制得的石墨烯片层厚度主要由Qian等运用有机合成法制备了具有确定结构这一步骤的温度所决定这种方法能够制备出1-2而且无缺陷的石墨烯纳米带他们选用四溴酰亚碳原子层厚的石墨烯但由于SiC晶体表面结构较胺tetrabromo-perylenebisimides作为单体该化合[47]为复杂难以获得大面积厚度均一的石墨烯物在碘化亚铜和L-脯氨酸的活化下可以发生多分[48][49]Berger等利用该方法分别制备出了单层和多层子间的偶联反应得到了不同尺度的并酰亚胺图3CVD法制备大面积石墨烯示意图[35]Fig3Achemicalvapourdepositionrouteforlarge-scalegrapheneproduction[35]AAthinlayerofnickelisdepositedontoasubstrateThecrystallinityofthislayeriscontrolledbyitsthicknessannealingandthenatureofthesubstrateBThenickellayerisheatedtoabout1000℃andexposedtoacarbonaceousgasenvironmentCarbonatomsaregeneratedattheNisurfaceanddiffuseintothemetalCAsthenickeliscooleddownthecarbonatomsprecipitateoutofthenickellayerandformgrapheneonitssurfaceThegraphenesamplesareexpectedtoformonthe111facesofNicrystallitesDThegraphenemembraneisdetachedfromtheNilayerbygentlechemicaletchingETheresultingfree-standinggraphenelayeristransferredontoappropriatesubstratesNo8胡耀娟等石墨烯的制备功能化及在化学中的应用2077图4合成三并苝酰亚胺的示意图[52]Fig4Schemeofsynthesisoftriperylenebisimides[52]DMSOdimethylsulfoxide实现了含酰亚胺基团的石墨烯纳米带的高效化学合晾干后置于350℃下10min除去Tween20再将成他们还通过高效液相分离出了两种三并酰亚甲基丙烯酸甲酯PMMA旋涂在经上述处理过的胺异构体图4并结合理论计算进一步阐明了它们CNTs上加热后约10min在532Pa压力下用的结构10W的Ar等离子体刻蚀剪开CNTs最后去除18其它方法PMMA即可得到带状石墨烯此法制得的石墨烯片除以上一些制备方法外还有一些其它的方法量少不适合工业大规模应用[53][55]也能用于制备石墨烯如Hamilton等将石墨在邻Zhang等通过含碳源的有机物自组装法制备二氯苯ODCB中超声分离得到了石墨烯ODCB作了石墨烯图5该制备方法的起始原料为TEOS为分散剂具有沸点高与石墨烯之间存在的π-πPyCLysNaOHHO层状物其中TEOS四乙氧基122相互作用使其表面张力366×10-3J·m-2与石墨剥离硅烷作为硅源PyCLys1-吡咯十二烷基赖氨酸12时所需的张力40-50×10-3J·m-2相近等优点在超为层状结构指示剂与碳源将层状物分散在含有声的辅助下可以很容易地从微晶人造石墨热膨胀FeCl乙醇的氯仿中在N气氛下氧化剂FeCl可323石墨以及高取向热解石墨等表面剥离开石墨烯片使紧密排列的PyCLys吡咯部分转变为单层的石12但该法很难制备出单层的石墨烯墨烯片最后用HF去除二氧化硅框架二次水与丙[54]Jiao等将CNTs剪开并铺展开后得到了石酮洗涤后产物即是石墨烯墨烯首先他们将CNTs分散于质量分数为1Tween20聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯一种非2石墨烯的功能化离子型表面活性剂水溶液中离心去除聚集物后沉石墨烯氧化物表面含有大量的含氧基团这些积于经3-氨丙基三乙氧基硅烷预处理的Si基底上基团使其表面带负电荷电荷之间的静电斥力可以图5自组装法制备06nm厚单层石墨烯的示意图[55]Fig5Schematicillustrationofthefabricationofpuresingle-layergraphenewithathicknessofabout06nm[55]TEOStetraethoxysilane2078ActaPhys-ChimSin2021Vol26使其稳定地分散在水相体系中石墨烯氧化物被还物理吸附和聚合物包裹等由于物理吸附和聚合物原成石墨烯后由于石墨烯结构完整化学稳定性包裹法对石墨烯的固有结构没有破坏作用所以石高其表面呈惰性状态与其它介质如溶剂等的相墨烯的结构和性质可以最大程度地得到保持石墨互作用较弱并且石墨烯片与片之间有较强的范德烯与被修饰物之间的π-π作用以及超分子包合作华力容易产生聚集使其在水及常见的有机溶剂中用是非共价功能化的主要机理与CNTs功能化的[74][75]难于分散这给石墨烯的进一步研究和应用造成了方法相似Stankovich等先将聚苯乙烯磺酸钠极大的困难因此对其进行有效地修饰和功能化提PSS修饰在氧化石墨烯表面然后对其进行化学还高其分散性尤为重要所谓功能化就是利用石墨烯原得到了PSS修饰的石墨烯由于PSS与石墨烯在制备过程中表面产生的缺陷和基团通过共价非之间有较强的非共价键作用阻止了石墨烯片的聚共价或掺杂等方法使石墨烯表面的某些性质发生集因而该复合物在水中具有较好的分散性芘及其[76]改变更易于研究和应用由于石墨烯和CNTs具有衍生物是一类常用的含有共轭结构的有机分子类似的结构而且表面都含有羧基羰基等含氧基能与石墨烯之间形成强的π-π相互作用可以有效[56-65][77]团因此对CNTs表面功能化的方法一般也适合地对石墨烯表面进行修饰如Xu等利用水溶性于石墨烯表面的功能化的芘衍生物芘丁酸作为修饰剂将其修饰到石21共价键合功能化墨烯表面形成了芘丁酸-石墨烯复合物该复合物能由于氧化石墨烯含有大量的羧基羟基和环氧稳定地分散在水相体系中过滤后得到的芘丁酸-石[66-69]2-1[78]基等活性基团因而可以利用这些基团与其它墨烯膜的电导率可达2×10S·mSu等还研究了分子之间的化学反应对石墨烯表面进行共价键功能芘-1-磺酸钠盐PyS与芘四羧基二亚胺PDI对石墨[70]化Veca等利用羧基与聚乙烯醇PVA分子上的烯的非共价键功能化它们也能使石墨烯稳定地分羟基间的酯化反应将PVA共价键合到石墨烯表散在水相体系中通过π-π作用可以使大的芳香分[79]面得到了PVA功能化的石墨烯功能化的石墨烯子如TCNQ四氰代二甲基苯醌与CNTs相结合可以很好地分散到水相和极性有机溶剂中形成稳该方法同样也适用于石墨烯并且TCNQ可以很容定的分散相该方法类似于PVA对CNTs的功能易被还原形成TCNQ誗-阴离子所带的负电荷可以[71]化该功能化方法也适用于其它的聚合物通过引有效地阻止石墨烯之间的π-π作用力使石墨烯稳[80]入不同的聚合物可以得到不同特性的聚合物-石墨定地分散到水相和有机相中[72]烯复合材料Yang等利用端基为NH2的离子液23掺杂功能化体对石墨烯进行了功能化离子液体末端的NH2石墨烯掺杂是实现石墨烯功能化的重要途径之与氧化石墨烯表面的环氧基团在KOH的催化作用一是调控石墨烯电学与光学性能的一种有效手段下很容易发生亲核开环反应这样带正电荷的离子掺杂后的石墨烯因其具有巨大的应用前景已经成为液体阳离子将会连接到石墨烯层上离子液体所研究人员关注的热点[81]带正电荷之间的静电斥力可使石墨烯稳定地分散到Chen等通过在外延生长的石墨烯表面修饰[73]水中以及DMFDMSO等有机溶剂中Si等首先F4-TCNQ四氟四氰代二甲基苯醌得到了p型掺杂将水溶性的氧化石墨烯用硼氢化钠进行预还原去的石墨烯他们的方法是将F4-TCNQ分子通过低掉大部分的含氧功能团然后对其进行磺酸化处理温Knudsen池蒸发沉积到置于高真空室的石墨烯最后再利用肼进行还原得到磺酸基功能化的石墨上得到F4-TCNQ掺杂的石墨烯同步高分辨光电子烯该方法除去了氧化石墨烯表面多数含氧官能团发射光谱synchrotron-basedhigh-resolutionphotoemi-很大程度上恢复了石墨烯的共轭结构其导电性显ssionspectroscopy结果表明电子能从石墨烯转移到著提高并且由于所引入磺酸基之间的静电斥力使F4-TCNQ上证明了石墨烯的p型掺杂该方法提其在pH为3-10的较宽范围内的水溶液中都可以供了一种新的表面传递掺杂方法为进一步研究石[82]得到很好的分散墨烯的掺杂开辟了新途径Wei等在化学气相沉22非共价键合功能化积法制备石墨烯的过程中通入氨气提供氮源得到除共价键合功能化外还可以利用非共价的方了N掺杂的石墨烯他们还对N掺杂的石墨烯的电法对石墨烯表面进行功能化即对石墨烯表面进行学性质进行了研究发现N掺杂的石墨烯显示出nNo8胡耀娟等石墨烯的制备功能化及在化学中的应用2079[92-93]型半导体导电特征这一结论与理论研究的结果相碳等都被广泛用于电极的制作材料石墨烯具[83]吻合Li等将氧化石墨烯片在氨气下低温退火后有良好的导电性能因而对一些特定电对及底物具得到了N掺杂的n型石墨烯他们将NH与氧化石有较高的电催化性能并且其具有大的比表面积和3墨烯在1100℃反应氮的掺杂与氧化石墨烯的还原生物相容性可用于生物蛋白质或酶等生物大分子同时进行XPS结果表明掺杂后样品的N含量可达的固定及特定生物电化学传感器的制作因而已引5而O含量由未掺杂前的28降到掺杂后的2起了电化学工作者的高度关注[51][94]Rao等通过电弧放电过程制备了N或B掺Sampath等把剥离的石墨烯氧化物悬浮液涂杂的石墨烯在氢气和BH的存在下制备了掺杂硼覆到玻碳GC和金Au电极表面分别形成了石墨烯26的石墨烯硼质量分数可达1-3在氢气和吡啶氧化物修饰的GC和Au电极并将这些修饰电极用3-4-的存在下制备了掺杂氮的石墨烯氮质量分数为于研究一些典型氧化还原电对如FeCNFeCN66[84]06-10Li等通过直流电弧放电法在NH3存抗坏血酸AA多巴胺DA等的电化学反应特性在下也可制得了氮掺杂的石墨烯该方法在25min随后多个研究组运用类似的方法制备了石墨烯修[95-98]内可获得约4g氮掺杂的石墨烯为规模化生产提饰电极并研究了多个常见的氧化还原电对如供了可能RuNH3RuNH2FeCN3-FeCN4-Fe3Fe2363666HO及NADH等在石墨烯修饰电极表面的电化学223石墨烯在化学中的应用反应特性为了比较石墨烯与其它碳材料的电化学[99]3-4-31修饰电极特性Wang等用FeCN6FeCN6NADHAA碳材料具有较好的导电性宽的电位窗以及对作为氧化还原探针研究并比较了单壁碳纳米管[85-86]许多氧化还原反应较高的电催化活性等特性SWNTs石墨烯氧化物化学法还原的石墨烯氧化已经被广泛地用于电化学研究中碳纳米材料同时物CRGO以及电化学方法还原的石墨烯氧化物结合了碳材料和纳米材料的特点已经被广泛用于ERGO四种碳纳米材料的电化学特性图6循环[87-90][91]修饰电极的制备如CNTs碳纳米纤维介孔伏安结果表明这些氧化还原探针在这四种碳材料图6抗坏血酸在不同电极上的循环伏安曲线[99]Fig6Cyclicvoltammogramsofascorbicacidatdifferentelectrodes[99]ApristinegrapheneoxideBchemicallyreducedgrapheneoxideCelectrochemicallyreducedgrapheneoxideDsingle-walledcarbonnanotubesmodifiedglassycarbonelectrodein010mol·L-1phosphatesolutionpH60intheabsenceshort-dashedcurvesandpresencesolidcurvesof3mmol·L-1ascorbicacidscanrate50mV·s-12080ActaPhys-ChimSin2021Vol26表面的电子转移动力学依赖于这些材料的表面化学墨烯表面并研究了所制备的酶电极对O电化学还2特性及其导电率这些电活性物质在SWNT和原的催化作用该电极可用于细胞中释放O的电化2ERGO表面的氧化还原动力学要比在石墨氧化物和学检测本课题组还研究了葡萄糖氧化酶固定到石CRGO表面快得多为石墨烯在电化学中的进一步墨烯表面的方法并研究了葡萄糖氧化酶对O电化2[100]研究和应用提供了一定的理论基础该课题组还学还原的催化作用基于这种催化作用还制备了一[105]利用凡士林作为绝缘粘合剂简单但有效地制备了种新型的葡萄糖传感器尺寸可控的石墨烯膜电极循环伏安结果表明根据32化学电源分散到凡士林中石墨烯量的多少可制备从传统电极新型的化学电源体系尤其是二次电池和超级到纳米级尺寸的电极该电极不仅尺寸可控并且有电容器是目前重要的绿色储能装置各种碳材料2很好的电化学活性和稳定性可用于电化学基础研特别是sp杂化的碳材料由于其特殊的层状结构[101]究和实际应用Shan等制备了聚乙烯吡咯烷酮超大的比表面积而成为重要储能装置的电极材料[106-107][108][109]PVP功能化的石墨烯修饰电极修饰后的石墨烯不碳材料如无定形碳多孔碳石墨等仅可以很好地分散在水相体系中并且电化学结果已经广泛地应用于锂离子电池中由于纳米材料一显示该石墨烯复合物对O和HO的还原有很好般具有大的比表面积小的尺寸效应及良好的催化222[110]的电催化作用他们还将生物大分子如葡萄糖氧化活性因而可以提高电池的比容量在不同的碳酶GOD通过PVP及离子液体固定在石墨烯表面纳米材料中CNTs由于其独特的结构已经被广泛构建了葡萄糖电化学传感器固定在石墨烯表面的用作锂离子电池的电极材料[111-112]类似于CNTsGOD能表现出良好的直接电子转移特性并且可以石墨烯有着较高的比表面积和特异的电子传导能[113]保持其生物电催化活性能用于葡萄糖的检测其响力在锂离子电池领域内有着广泛的应用前景-1[114]应线性范围为2-14mmol·L该课题组最近又构因而受到了研究者的普遍关注[102][115]建了石墨烯AuNPs壳聚糖Au修饰电极该电极Yoo等研究了石墨烯应用于锂离子二次电对HO和O的还原同样有很好的电催化活性在池负极材料中的性能结果表明其比容量可以达到222-02VvsAgAgCl时对HO的响应范围为02-540mAh·g-1进一步的研究发现储锂容量与石墨2242mmol·L-1灵敏度为995μA·mmol-1·L·cm-2以烯层间距有关通过掺入一些物质如CNTs或者C60葡萄糖氧化酶作为模型构建了葡萄糖电化学生物传等可以改变石墨烯的层间距从而改变其比容量感器该电极在-02V时对葡萄糖的响应范围为如当加入CNTs和C60后其比容量可分别高达7302-10mmol·L-1在05V时响应范围为2-14和784mAh·g-1该小组还制备了石墨烯-SnOSnO22-1-1[116