电化学分析综述课件.ppt

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1、近期开发的碳电极材料的分类及性质的研究报告人：王姗姗2016年10月26日主要作者碳材料因为其多样性和一些良好的性能而被广泛研究。其中包括在电化学方面、生物化学以及环境化学方面的研究和应用。此篇综述主要讨论了一些新的合成方法，新材料、新性质以及在电化学方面的应用。主要的碳材料为高定向热结石墨（HOPG），石墨烯（graphene)、碳纳米管（CNTs）以及碳膜（carbonfilms)。一.摘要二.引言1.碳质材料展示了许多良好的性质，比如说结构多样性、高度的化学适应性、廉价、多领域潜力巨大。拥有相当大的电化学惰性

2、，在表面化学和许多氧化还原反应参与的电活性研究方面发挥着很大作用。2.许许多多的碳质材料应运而生，在电分析、能量转换及存储方面；在电催化、光电化学、电致变色和消失方面；在发光二极管装置、电合成领域的场效应管方面；和在生物技术，污染物的减少、饮用水的净化方面都有很好的应用前景。3.McCreey在2008年提出了一个很好的概述，关于电化学以及电化学应用的一些优势电极材料。这些材料包括微小结构的碳薄膜，掺杂硼的金刚石膜，碳纤维等。4.这篇综述的目标是要涵盖新的趋势、更新以及设计的发展、新型碳质电化学材料的前期准备和应用

3、以及一些典型的电分析方面的应用。三.碳质材料的分类及研究碳质材料sp2型，例如：石墨、高定向热解石墨等sp3型，例如：金刚石sp2-sp3组合型，例如：GD膜等碳膜1.表1，碳质材料的电化学活性取决于它们自身的固有结构和一些其他因素。2.通过研究基面和棱面的结构和性质进而得到碳质材料的性质。3.一般来讲，棱面对电化学活性影响较大，基面较小。但这也不是一定的。在特定条件下会有不同结果。3.1高定向热解石墨（HOPG）1）HOPG是由三个有序的石墨家族组成的，它们可以被看作三个几乎平行的石墨烯叠加单元。它们分别是平面的

4、底面,平行层和一个边缘平面垂直于基底表面。3）一般情况下，HOPG的棱面和基面是表现出相反的电化学性质。棱面电极表现出较快的电转化率是因其自身缺陷导致的，基面电极是作为惰性电极被采用。2）HOPG每层都有强有力的共价键，而层与层之间却是微弱的范德华力。它是由热解的碳在高温高压、基本无杂质的条件下合成的。4）康普顿的实验小组组织了一次关于基面和棱面电化学特性不同的综合性探究。此次实验是为了证明棱面的高电化学活性是否只是由于其自身缺陷？是否有其他因素？HOPG电极每层的电活性在循环伏安图中的表现。在腺嘌呤中加入磷酸盐缓

5、冲溶液（PBS），分别放在(a)EPPG,(b)Au，（c）GC,(d)BPPG,(e)BDD和（f）Pt的环境下，在50mv.s-1扫描频率下进行循环伏安法扫描。令人感到欣喜的是，(a)GC,(b)PBDD，（c）HOPG的基面(d)BPPG,(e)EPPG这五种电极均放置在PBS溶液中进行循环伏安扫描，最终发现HOPG的氧化峰是最好的。因为HOPG其自身的高度有序的结构，所以经常被作为现代碳材料被用作于研究ET动力学方面的实验。但是，之前所报道过的HOPG基面ET比率的变化经常会达到几个数量级，这种变化是由于外

6、逸层某些氧化还原反应所导致的。McCreey认为ET比率是凭借相当数量的氧化还原反应来维持不变的，棱层之间的结构和表面密度也会影响其电性能。用高分辨率的电镜对HOPG进行扫描，研究表明物理性的缺陷会对电性能方面有较大的干扰。暴露出来的基层界面是有缺陷部位的，而这种缺陷密度在正常情况下会对电测博的干扰有不同的响应，这就解释了报告中所出现的对于同一个氧化还原反应其ET比率数量级会有戏剧性变化这一现象。3.2石墨烯(Graphene)石墨烯是2D纳米材料，其中包含了单种或多种的以sp2杂化的碳原子，这些碳原子以共价键的形

7、式形成了蜂巢晶格结构。这种蜂巢网状结构是其余同素异形体的基础结构，也就是说它互相覆盖就会形成0D的富勒烯，卷曲可以形成1D的碳纳米管，相互堆积可以形成3D的石墨。石墨烯因为其一些良好的性质和性能而被广泛研究，这些性质包括它有非常大的表面积（72000m2*g-1）,这个比石墨和碳纳米管都要优秀。同样，在导电性方面它的性能大概是单层纳米管的60倍左右。巨大的表面积就会使其拥有强大的吸附能力。蛋白质可以轻易的被吸附在石墨烯表面上的ET比率也会在蛋白质的活动中心和电极上得到促进。一种比较低的峰到峰的分离电势(Ep)是以一

8、些氧化还原性物质为特征的。例如，垂直方向上的像刀刃一样的石墨烯纳米片薄膜，它是由一种新型的微波等离子体所增大的CVD表现出的低电势值就非常接近理想状态下的59mv电压值。除去了基面的单层石墨烯棱面的电化学活性经常被用作基于纳米孔而形成的紧实的石墨烯和Al2O3介电层。如此一个拥有5nm纳米孔的石墨烯棱面却展示出了令人惊讶的高电流密度，12×104A*cm-1