石墨烯修饰电极材料的制备及其应用

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石墨烯(graphene)是一种具有二维平面结构的新型碳纳米材料,它特殊的单原子层结构使其具有许多独特的物理和化学性质。自2004年问世以来,石墨烯已在基础科学和应用研究领域引起了人们极大的兴趣。石墨烯的理论比表面积高达2630 m2 g-1,而且其导电性非常好,在纳米复合材料领域具有巨大的应用潜力,同时在分析化学领域的应用也是研究的热点。在这个背景下,本文展开了如下的工作:1.以石墨粉为原料,采用Hummers法液相氧化合成了氧化石墨(GO),然后用化学一步还原法制得石墨烯(graphene)负载钯(Pd)催化剂。X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)表征表明,Pd在石墨烯载体上有较好的分散度,粒径为3~5 nm。电化学活性面积(ECSA)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和计时电位(CP)电化学测试表明,与传统的Pd/Vulcan XC-72相比,Pd/石墨烯催化剂对碱性介质中乙醇电氧化的催化活性有了极大的提高。2.首先利用简单的水浴方法合成了石墨烯-SnO2复合物(SnO2-GNS),进而通过微波还原法制备得到SnO2-GNS负载高分散的Pd纳米颗粒催化剂,并讨论了催化剂中SnO2的量对乙醇催化氧化性能的影响,同时采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散光谱(EDS)对所合成样品进行了结构及形貌表征。电化学测试表明,与Pd/石墨烯(Pd/GNS)相比,Pd/SnO2-GNS催化剂对乙醇电氧化的催化活性有了很大的提高。当加入的前驱盐SnCl2·2H2O与GO的质量比为1:2时,Pd/SnO2-GNS催化剂获得最好的催化活性。3.利用水合肼还原GO制备石墨烯,然后采用电化学沉积法制备了铂/石墨烯修饰电极(Pt/graphene)。TEM结果表明:利用该方法在石墨烯表面成功地修饰了大量的纳米铂颗粒,其粒径在10-20 nm之间,成絮状团聚。同时利用循环伏安法研究了甲醇在该修饰电极上的电化学行为,结果表明该修饰电极对于甲醇的氧化具有良好的催化作用,优于铂/多壁碳纳米管修饰电极(Pt/MWCNT),同时优化了实验条件,并在此基础上建立了一种测定甲醇的伏安分析方法。当甲醇浓度在2.5-32.5 mmol L-1时,氧化峰电流与甲醇浓度成线性关系,检出限为89μmol L-1。
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