还原氧化石墨烯的表面改性及其电化学识别

发布时间：2020-11-10 18:47

　　 石墨烯,一种由sp~2杂化形式的碳原子有序堆积成的六边形无机纳米片状材料,是一种新型的无机碳材料。因其本身具有独特的物理、化学以及机械性能,被广泛应用在各个科学领域。离子液体作为环境友好型的功能化物质和良好的催化剂,并且拥有优良的导电性,已经成为目前的研究热点。本工作将离子液体与功能化的石墨烯复合制备出兼具两者优良性能的复合纳米材料。之后探究了合成的羧基功能化石墨烯离子液体复合物在电化学识别亚硝酸根中的活性位点。接着又使用乙二醇(EG)为共还原剂,采用一种简单的,环境友好型的合成方法,合成了一系列不同负载量的金纳米粒子/石墨烯复合物用来检测对乙酰氨基酚。本文章的主要研究如下:1、在传统的氧化石墨烯合成方法之上加以改进,我们通过控制最初向反应体系内加入水的量,制备出不同氧化程度的氧化石墨烯GO-n(V_水:V_(浓硫酸)=n:10在反应中)。在强碱性的条件下,使用溴乙酸为修饰剂,制得羧基功能化的氧化石墨烯GO-n-COOH。随后,使用氢氧化1-乙基-3-甲基咪唑在室温下与GO-n-COOH充分搅拌,从而将([C_2mim]~+)成功固定到GO-n-COOH上,形成一系列的GO-n-COO[C_2mim]。最后,使用葡萄糖对GO-n-COO[C_2mim]进行还原,制备出了RGO-n-COO[C_2mim]。在这之后,我们通过傅里叶变换红外拉曼光谱、拉曼光谱、X-射线衍射、X-射线光电子能谱等表征手段证明我们对石墨烯成功的进行了羧基功能化修饰,并且将[C_2mim]~+固定到了羧基化石墨烯表面。结果发现当n为2时,[C_2mim]~+的含量最高,约为24.34%。2、基于所制备的RGO-n-COO[C_2mim]和RGO-n-COOH复合材料,我们将之用于电化学传感来识别NO_2~-,测试结果发现随着最初加入水的量的不同,RGO-n-COO[C_2mim]的电化学性能有很明显的区别。当n为2时,所对应RGO-2-COO[C_2mim]的所有电化学性能最佳,最低检测电势为0.82V,氧化峰电流密度可达4.68mA cm~(-2)。另外,研究还发现,用RGO-n-COOH修饰的电极对NO_2~-几乎没有响应,而RGO-n-COO[C_2mim]修饰电极对NO_2~-却具有明显的响应,所以得出[C_2mim]~+在反应过程中起到关键作用,是复合材料的活性位点这一结论。为了证明这一结论,我们使用紫外吸收光谱研究了[C_2mim]~+与NO_2~-的相互作用,从而证明了[C_2mim]~+与NO_2~-具有强烈的偶合作用,这也揭示了RGO-n-COO[C_2mim]对NO_2~-具有高灵敏响应的原因。同时,我们通过计算得到的RGO-n-COO[C_2mim]的相对电化学活性表面积几乎相同,约为21。而且计算出,每种复合物上每个[C_2mim]~+离子也几乎贡献有相同的电容均约为1×10~(-15)μF。3、以EG作为共还原剂,采用简单且环保的合成方法,同时还原HAuCl_4和GO。通过控制金前驱物的量来制备出不同负载量的金纳米粒子石墨烯复合材料,用来检测对乙酰氨基酚。检测结果显示,所制备的复合材料具有很好的电催化活性,当金的负载量大约为16.87%时,电催化活性最高,同时我们也计算出了在该电化学反应过程中参与反应的电子转移数和质子数均为1。由于金纳米粒子和石墨烯的协同效应,使得所制备的纳米复合材料兼具金纳米粒子和石墨烯的优良性能,导电性好,表面积大,催化活性高等优点,同时在电化学测量过程中表现出高灵敏度(686μA mM~(-1)),低检测极限(0.058μM)以及低的检测电势(0.4V)等优越的电化学特性。
【学位单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11
【部分图文】：

还原氧化石墨烯的表面改性及其电化学识别 们可以看出，随着向初始体系中加入水的量增加，所制得材料的氧化程度逐渐升高，具体表现为随着加入水的体积的增加，RGO-n-COO[C2mim]和 GO-n 中碳百分含量逐渐降低，而氧百分含量逐渐升高，表明所制备复合材料氧化程度的逐渐增加。这与 XPS 测定的结果相吻合。(A) (B) (C)(D)

第二章 RGO-n-COO[C2mim]的制备及其表征的增加，所制得的不同氧化程度的石墨烯呈现出不一样的颜色，颜色明，我们成功制备了氧化程度不一样的 GO。我们还对加入更多体积 进行了研究，当加入水的含量大于 12ml 时，所合成的 GO 在相同条渐加深，说明当加入的水含量过多时，所制得的 GO 的氧化程度逐渐随后工作的进行，所以我们不再讨论。

图 3-1 RGO-n-COO[C2mim]电化学识别 NO2-机理图 [emim]OH 的制备参照第二章的 2.2.3 小节不同氧化程度的石墨烯的制备参照第二章的 2.2.4 小节的详细步骤。羧基化石墨烯及羧基化还原石墨烯的制备完全参照第二章的 2.2.5 小节。RGO-2-COO[C2mim]的制备也是参照第二章 2.2.6 小节2.4 磷酸缓冲溶液的配置配置 0.1mol/L 的磷酸缓冲溶液(PBS),具体步骤为：先配置好 0.1M 的磷酸二氢钠1M 的磷酸氢二钠，然后调控配置 pH 等于 2、3、4、5、6 等一系列不同 pH 的缓冲。所用水均为煮沸过的蒸馏水，切记使用之前持续通 N2二十分钟，尽可能保证实系处于无氧的环境中。2.5 复合物材料修饰电极的制备
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 高唐;;关于石墨烯的化学研究进展分析[J];时代农机;2018年10期

2 ;新研究发现改进石墨烯材料性能的途径[J];分析测试学报;2018年12期

3 杨化喜;张继阳;李红霞;田明;邹华;;石墨烯/橡胶纳米复合材料的国内外现状与研究进展[J];特种橡胶制品;2018年06期

4 霍川;;石墨烯的制备与应用前景[J];西部皮革;2018年22期

5 赵大洲;;石墨烯的制备及功能化研究进展[J];皮革与化工;2018年06期

6 ;半导体所等在多层石墨烯物理性质研究方面取得新进展[J];中国粉体工业;2012年02期

7 钱伯章;;石墨烯材料制备技术及应用研究进展[J];石油和化工节能;2016年01期

8 ;年产100吨石墨烯粉体生产线在常州投运[J];中国粉体工业;2013年06期

9 ;石墨烯标委会拟成立 石墨烯标准化制定企业待定[J];中国粉体工业;2013年06期

10 ;石墨烯行业发展部署启动 鼓励各省成立独立联盟[J];中国粉体工业;2013年06期

相关博士学位论文 前10条

1 胡新将;磁性耦合氧化石墨烯衍生材料对多元组分中重金属离子的吸附机理研究[D];湖南大学;2015年

2 董雁飞;新型石墨烯太赫兹功能器件研究[D];国防科学技术大学;2016年

3 张利娟;非贵金属纳米电催化剂的制备及性能研究[D];西北工业大学;2017年

4 盛利志;石墨烯基材料多维度结构组装及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

5 尚玉栋;石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备、结构与性能研究[D];西北工业大学;2017年

6 孔维青;多孔碳材料的电容去离子及能量存储研究[D];湖南大学;2018年

7 王宇;多维度金属氧（硫）化物/三维石墨烯复合材料的制备及储锂/钠性能研究[D];北京化工大学;2017年

8 刘桂东;基于超表面的Fano共振及其应用研究[D];湖南大学;2018年

9 罗昕;金属/石墨烯亚波长结构的光传输特性研究[D];湖南大学;2018年

10 曹烈茂;石墨烯/炔电极分子结输运性质的第一性原理研究[D];湖南师范大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 马驰;基于固态碳源的CVD法制备石墨烯薄膜研究[D];西北大学;2018年

2 王守龙;管道镍—石墨烯脉冲电沉积复合镀层工艺及性能研究[D];东北石油大学;2018年

3 任壬;金属/功能化石墨烯纳米复合材料的制备，表征和应用[D];兰州大学;2015年

4 包金琳;石墨烯/电介质多层结构中模式耦合与控光特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

5 李悦;SnO_2量子线/多孔石墨烯复合材料制备及H_2S气敏性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

6 张宇;石墨烯复合物光电催化行为的研究[D];华北理工大学;2018年

7 沈荣琦;石墨烯修饰的金属表面吸附及润湿特性研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

8 高玄;石墨烯基复合材料的制备及其对苯酚、铬和铀的吸附性能研究[D];安徽建筑大学;2018年

9 陈友消;石墨烯量子点的可控制备及荧光性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

10 王瑞多;石墨烯微纳光纤复合波导全光调制器件与特性[D];西北大学;2018年

本文编号：2878231