三維石墨烯-金納米粒子復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子經(jīng)過sp2雜化排列成的蜂窩狀六角二維平面晶體，僅0.334納米厚。具有比表面積大、電學、光學、熱學和機械性能優(yōu)異等特點，使其在電化學檢測和分析等方面優(yōu)勢明顯，因此成為制備高性能電化學傳感器的理想材料。三維石墨烯是由二維石墨烯堆積而成的網(wǎng)狀結構，與二維石墨烯相比，三維石墨烯有著更大的比表面積，有望具有更優(yōu)異的電化學傳感及催化等性能。將石墨烯與其它納米材料（如金屬納米粒子等）復合，能夠通過復合材料組分間的協(xié)同作用，進一步

2、改善石墨烯的電化學性能，拓展且加強其電化學效應的靈敏度及選擇性。
　　本研究采用化學氣相沉積法(CVD)制備三維石墨烯，采用晶種法制備金納米粒子，并且采用紫外-可見光光譜儀(UV-Vis)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和拉曼光譜儀(Raman)等設備對所制備材料進行表征分析。
　　通過電泳沉積法制備三維石墨烯/金納米粒子復合物作為過氧化氫(H2O2)電化學傳感器，并通過電化學工作站對其電化學性能進行了測

3、試分析。對所制備的三維石墨烯/金納米粒子復合物進行了改性，通過退火、優(yōu)化金顆粒的制備工藝獲得不含表面活性劑的石墨烯基復合材料，且對其電化學性能分別進行了測試研究，并對比三種不同復合材料對過氧化氫的傳感性能。具體研究內(nèi)容和結論如下:
　　(1)采用CVD法制備出了較完整的三維孔洞結構和優(yōu)異力學性能的三維石墨烯。
　　(2)采用晶種法，分兩步制備金納米粒子，制備出了分散均勻且穩(wěn)定性高的金納米粒子，其粒徑約為19nm，呈現(xiàn)類球形。

4、
　　(3)通過電泳沉積法制備出了高性能的三維石墨烯/金納米粒子復合物，并探索研究了沉積電壓及沉積時間對復合物制備的影響。當沉積時間為1.5h且沉積電壓為10V時，金納米粒子在三維石墨烯表面分散均勻且粒子覆蓋率最高。
　　(4)所制備出的三維石墨烯/金納米粒子復合物對H2O2表現(xiàn)出良好的電化學傳感性能，其響應時間為3s，檢測線性區(qū)間為0.05-1.75mM。
　　(5)探索了退火時間對三維石墨烯/金納米粒子復合物性能的

5、影響。發(fā)現(xiàn)在退火1h后，復合物對H2O2表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學傳感性能，其響應時間僅為1s，檢測線性區(qū)間為0.02-3mM。
　　(6)對金納米粒子的制備過程進行了優(yōu)化，成功制備出了均勻分散的一價金納米粒子，粒徑在100-200nm之間，或球狀或棒狀。利用電泳沉積制備出了三維石墨烯/一價金復合物，并對電化學性能進行了研究。該材料對H2O2亦表現(xiàn)出良好的電化學傳感性能。其響應時間為6s，最低探測限為20μM，檢測線性區(qū)間為0.02-1.