石墨烯及其复合物修饰碳糊电极的制备及应用

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化学修饰电极和以此为基础的各种电化学传感器成为当前电分析化学和电化学领域的研究热点之一。石墨烯(RGO)自2004年发现以来,由于其具有独特的性能和结构,引起了各界研究者的极大兴趣和广泛关注。作为一种新型的碳纳米材料,石墨烯具有二维有序蜂窝状平面结构且单独存在,其厚度只有一个原子的二维晶体,除此之外,它还具有较大的比表面积、较强的导电性、优良的热力学性能以及机械性能,这些特点使其在电分析化学领域得到了广泛的关注。本论文主要通过改进的Hummer法制备了石墨烯,并对其进行了表征和分析。用制备的石墨烯和石墨烯复合物修饰碳糊电极,研究其对部分离子和药物的电化学响应,主要内容概括如下:(1)经过Hummer法先氧化后还原的过程制备了石墨烯,采用拉曼光谱、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等手段对其进行了表征分析。研究表明:拉曼光谱图在1343.01cm-1附近有一个较强的D峰出现,说明C=C在氧化过程中被损坏,而XRD在11.12°附近的氧化石墨烯(200)晶面衍射峰的出现说明该晶体的结构有所改变。经过还原后,11.12°的特征峰的消失证明成功制备了石墨烯,此外,拉曼光谱和扫描电子显微镜的表征结果也证明了这一点。(2)用制备的RGO作修饰剂修饰碳糊电极,采用循环伏安法研究该修饰电极对Cu2+的电化学响应。结果表明,在pH=3.53的B-R缓冲溶液中,石墨与石墨烯比例为8:1,且扫描范围为-1.2~1.2V时,以100mV·s-1的扫描速度进行循环伏安扫描,发现在0.136V左右处出现一个峰形较好的氧化峰;峰电流与Cu2+浓度在5.0×10-8~1.0×10-5mol·L-1范围内呈良好的线性关系,线性方程为ipa=-2.0638-0.0839C(Cu2+),相关系数R=0.9989,检出限为4.6×10-8mol·L-1。(3)成功地制备了RGO/DB18C6修饰电极。采用该修饰电极构建了一种检测Pb2+和NO2-的新型电化学体系。研究表明,RGO/DB18C6修饰电极对Pb2+和NO2-的氧化还原过程有较明显的催化作用,且检测限分别达到8.8×10-9mol·L-1和3.4×10-8mol·L-1。在最佳实验条件下,特征峰电流与Pb2+浓度在1.0×10-8~1.0×10-5mol·L-1范围内呈良好的线性关系,线性方程为ipc=2.0955+0.4377C(Pb2+),线性相关系数R=0.9973。而特征峰电流与NO2-浓度在7.0×10-7~1.0×10-4mol·L-1范围内呈现良好的线性关系,线性方程为ipc=0.5132+0.0192C(NO2-),线性相关系数R=0.9987。将该修饰电极用于实际水样的检测,结果令人满意。(4)制备的RGO/PVC修饰碳糊电极对维生素C有较好的电化学行为,构建了一种高选择性、高灵敏性检测维生素C的方法。在维生素C溶液中先富集25s,在-0.4~0.9V的扫描范围内以不同的扫描速率循环伏安扫描,研究结果表明,在10~120mV·s-1的扫描速率范围内,氧化还原峰电流ip与扫速υ1/2呈线性关系,线性方程分别为:ipa=-10.8876υ1/2-1.0314,ipc=14.6499υ1/2+0.8565,线性相关系数分别为Rpa=0.9942和Rpc=0.9955,可用于实际检测中。
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