GQD驅(qū)動的納米碳材料的自組裝及電化學(xué)性能.pdf

1、石墨烯、碳納米管等納米碳材料因其優(yōu)異的電化學(xué)性能，在電化學(xué)催化和電化學(xué)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(tuán)，難與其它材料進(jìn)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(dá)到控制復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的目的。

2、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(xué)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。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴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(tuán)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

3、現(xiàn)GQD表面的含氧官能團(tuán)和Ag+的還原，獲得MWNT/GQD/Ag/Ni(OH)2納米復(fù)合材料。電化學(xué)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(xué)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(xué)性能最好。在5.0×10-7 mol/L~2×10-4 mol/L范圍內(nèi)該納米復(fù)合材料修飾的玻碳

4、電極可以有效檢測葡萄糖，檢測限為2×10-7 mol/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(xué)識別作用。⑵分別以熱還原法、混酸剝離碳纖維法和化學(xué)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(jìn)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r

5、GO/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(dāng)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(dá)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(dá)68%。⑶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

6、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(xué)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(xué)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~4×10-5 mol/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、