三维石墨烯_氧化锌纳米结构复合材料的制备及其在双氧水检测中的应用
纳米氧化锌与石墨烯复合膜的制备及应用研究
纳米氧化锌与石墨烯复合膜的制备及应用研究纳米氧化锌与石墨烯是当前材料研究中备受关注的两种材料,它们的结合能够为许多应用领域带来巨大的潜力。
本文将重点介绍纳米氧化锌与石墨烯复合膜的制备及应用研究。
一、纳米氧化锌纳米氧化锌是一种具有优异物理、化学性质的纳米材料。
它具有高比表面积、较好的光电特性、生物相容性以及优异的光催化性能等特点。
纳米氧化锌的应用涉及许多领域,包括催化、光电器件、生物医学和环境净化等。
二、石墨烯石墨烯是由碳原子组成的二维材料,具有出色的导电性、热导性、机械性能和化学稳定性等优点,众多研究人员认为石墨烯是目前最具有发展潜力的材料之一。
因此,石墨烯的研究日益频繁,其应用领域主要包括电子器件、生物医学、纳米复合材料等。
三、纳米氧化锌与石墨烯复合膜的制备方法1. 真空滤膜法真空滤膜法是一种将纳米氧化锌与石墨烯复合的简单有效方法。
该过程通过将纳米氧化锌与石墨烯分散液混合,并借助真空滤膜技术制备出复合膜。
这种方法的优点是简单快捷,同时也能够实现确定比例的纳米氧化锌与石墨烯复合。
2. 水溶液法水溶液法是使用水溶液中的纳米氧化锌和石墨烯作为原料,通过沉积、过滤、清洗等步骤,制备出纳米氧化锌与石墨烯复合膜的方法。
由于水溶液法中使用的溶液是环保型的,制备出的复合膜也更加环保、易于生产。
四、纳米氧化锌与石墨烯复合膜的应用研究1. 光电行业纳米氧化锌和石墨烯复合的薄膜能够应用在光电器件上,例如太阳能电池、LED等。
其中,太阳能电池中使用的纳米氧化锌具有良好的光催化性质,可提高太阳能电池的转换效率。
2. 生物医学纳米氧化锌和石墨烯复合膜可以用于生物医学领域。
例如,被应用于药物传输和生物成像等。
一些研究表明,纳米氧化锌与石墨烯复合薄膜表现出极好的药物吸附和释放特性,可以用于在体内精确的药物投放。
3. 环保领域纳米氧化锌和石墨烯复合材料也可以应用于环保领域,例如净化废水中的有机污染物和重金属离子。
吸附载体是关键因素之一,而纳米氧化锌和石墨烯的高比表面积以及优良的吸附性能,使它们作为吸附载体具有无限的应用前景。
以氧化石墨烯为模板的氧化锌材料的制备与表征
以氧化石墨烯为模板的氧化锌材料的制备与表征随着材料科学的不断发展,近年来氧化物催化剂的研究受到了越来越多的关注。
氧化锌材料是一种有效的催化剂,可以用于氧化还原反应、CO分解反应等领域,广泛应用于多种领域。
有许多研究人员对氧化锌材料进行了研究,如以石墨烯为模板的氧化锌材料、以金属有机骨架为模板的氧化锌材料等。
由于石墨烯具有良好的电磁性能和物理性能,以自身为模板的氧化锌材料的研究已受到了越来越多的关注,可以促进氧化物催化剂的开发和应用。
本文采用氧化石墨烯(OG)为模板,以组成纳米结构的氧化锌(ZnO)为基础制备了氧化锌/氧化石墨烯复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和UV-vis光谱等技术进行了表征。
首先,采用氧化石墨烯作为模板,以1mol/L氧化锌溶液为源,采用水热法制备出氧化锌/氧化石墨烯(ZnO/OG)复合材料。
实验发现,氧化锌/氧化石墨烯复合材料中可以直观观察到圆形、细小的颗粒,这些颗粒大小约为20~30nm,表示此复合材料具有较高的颗粒细度,同时,氧化锌/氧化石墨烯复合材料的可视化结果表明,氧化锌分子与氧化石墨烯结合具有一定的稳定性。
然后,采用X射线衍射技术分析了氧化锌/氧化石墨烯复合材料的结构特征,发现该复合材料具有单斜晶系结构,其峰面紧密,呈现出较高的晶格参数,表明锌原子与氧原子以正常的六角网络结合,构成一种半导体结构。
最后,采用UV-vis光谱测试了氧化锌/氧化石墨烯的光学性质,测试结果表明,氧化锌/氧化石墨烯复合材料具有较强的光致发光性能。
综上所述,本文以氧化石墨烯为模板,通过水热法制备了氧化锌/氧化石墨烯复合材料。
通过表征发现,氧化锌/氧化石墨烯复合材料具有良好的结构稳定性和光学性质,对氧化物催化剂的进一步开发和应用具有重要意义。
《2024年ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究》范文
《ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究》篇一ZnO及ZnO-石墨烯复合材料气敏性能研究一、引言随着科技的发展,气体传感器在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域的应用越来越广泛。
其中,氧化锌(ZnO)作为一种重要的半导体材料,因其良好的气敏性能被广泛应用于气体传感器的制备。
而石墨烯作为一种新型的二维材料,其优异的导电性能和大的比表面积,使其在复合材料领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究ZnO及ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能,为气体传感器的制备提供理论依据。
二、ZnO材料的气敏性能研究ZnO是一种宽禁带N型半导体材料,具有优异的光电性能和气敏性能。
在气敏传感器领域,ZnO常被用于制备敏感元件。
研究表明,ZnO的气敏性能主要来源于其表面吸附的气体分子与ZnO表面的电子之间的相互作用。
当气体分子吸附在ZnO表面时,会引起ZnO表面电导率的变化,从而实现气体检测。
在本研究中,我们通过溶胶-凝胶法合成了一系列不同粒径的ZnO纳米材料,并对其气敏性能进行了研究。
实验结果表明,随着粒径的减小,ZnO纳米材料的比表面积增大,表面吸附活性增强,从而提高了其气敏性能。
此外,我们还研究了不同温度下ZnO的气敏性能,发现随着温度的升高,气敏响应逐渐增强。
三、ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能研究石墨烯具有优异的导电性能和大的比表面积,将其与ZnO复合可以进一步提高材料的气敏性能。
在本研究中,我们通过化学还原法将石墨烯与ZnO纳米材料复合,制备了ZnO/石墨烯复合材料。
实验结果表明,ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能明显优于纯ZnO。
这主要归因于石墨烯的引入增大了材料的比表面积,提高了气体分子的吸附能力。
此外,石墨烯的导电性能与ZnO的半导体性能相互协同,进一步提高了气敏响应。
同时,我们还发现复合材料的气敏响应具有较好的选择性和稳定性。
四、结论本文研究了ZnO及ZnO/石墨烯复合材料的气敏性能。
实验结果表明,ZnO纳米材料的粒径越小,比表面积越大,气敏性能越强。
ZnOg-C_(3)N_(4)复合材料的制备方法及研究
• 28 +山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2021年第50卷ZnO /g -C 3N 4复合材料的制备方法及研究赵凤香,张平#,蔡晓娟,龙镜峄,程丹,唐东东(西北民族大学,甘肃兰州730100)摘要:g -C +N 是一种新型的可见光催化材料,近年来得到了快速的发展。
虽然g -C +N 具备吸收可见光的能力,化学稳定性好,但其存在狭窄的可见光响应范围,电导率低,比表面积小等问题,很大程度上限制了其应用。
CnO 是一种N 型半导体宽禁带氧化物,具有制备 容易、操作简单、原料易得、无毒无害等特点。
利用不同的方法,对其进行复合掺杂处理,制备了不同含量的ZnO /g -C +N 二元复合材料, 扩大了光响应范围,降低了禁带宽度,促进了电子-空穴对的分离,大大增强了光催化效果。
主要对ZnO /g -C +N 复合材料的制备方法 进行研究。
关键词! ZnO /g -C + N %复合;光催化中图分类号:TQ 127.1;O 643.3 文献标识码:A 文章编号:1008-021X ( 2021 # 01-0028-02Study on the Preparation Metliod of ZnO ^/g -C + N4 CompositeZhao Fengxicmg,Zhang Ping,Cai Xiaojuan,Long Jingyi,Cheng Dan,Tang Dongdong(Northwest Minzu University ,Lanzhou 730100, China )A b stract &g -C3N4 is anewvisiblelight catalyticmaterial ,which has beendeveloped rapidly . Although g -C3N4absorb visible light a nd good chemical stability ,its application is largely limited by its narrowvisible light response range ,low electrical conductivity ,small specific surface area and other problems . ZnO is a wide band gap oxide of N-type semiconductor . It has the characteristicsof simple preparation ,easy availabilityof rawmaterialsandnon-toxic andharmlecomposite materials with different contentswereprepared bycomposite doping treatment withdifferent methodthe optical response r ange ,reduced the band gap width ,promoted the separation of electron-hole pairs ,and greatly enhanced the photocatalytic effect.In this paper ,the preparation method of ZnO /g -C +N composite was studied .K ey words & ZnO /g-C + N4 % composite % photocatalysis伴随着工业的迅猛发展,环境污染问题愈加凸显,其中水 资源污染是最严重的问题之一。
氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法及应用[发明专利]
专利名称:氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法及应用
专利类型:发明专利
发明人:王海芳,王艳雯,马辛,姜雨,武迪,曹傲能
申请号:CN201410001044.6
申请日:20140102
公开号:CN103734188A
公开日:
20140423
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法,以可溶的二价锌离子为锌源,与氧化石墨烯和碱液一同作为反应物,按照锌离子和氧化石墨烯的质量配比为(1~3):1的质量配比形成溶质组合物,以醇为溶剂,形成反应溶液混合体系,反应时间为30min~5h后,用离心和洗涤方法对底物进行纯化,得到氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料。
本发明制备所得的氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料在低浓度下即具有高效的抗菌能力,同时对于细胞没有明显毒害作用。
本发明操作过程简单,反应过程对环境无明显污染,生产成本低,能够应用于医疗器械及设备的抗菌,具有商业规模化生产的潜力。
申请人:上海大学
地址:200444 上海市宝山区上大路99号
国籍:CN
代理机构:上海上大专利事务所(普通合伙)
代理人:何文欣
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一种氧化锌纳米复合材料的制备方法及该材料的应用[发明专利]
专利名称:一种氧化锌纳米复合材料的制备方法及该材料的应用
专利类型:发明专利
发明人:魏昂,黄维,董晓臣,付春尧
申请号:CN201210248215.6
申请日:20120718
公开号:CN102836720A
公开日:
20121226
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种用于光降解废水中有机污染物的氧化锌纳米复合材料的制备方法及其应用,其制备过程包括以下步骤:以氧化铟锡或玻璃为衬底,用水热合成的方法在氧化铟锡衬底或玻璃表面生长氧化锌纳米棒,然后将表面生长氧化锌纳米棒的氧化铟锡或玻璃衬底放入硝酸铜(三氯化铁或三氯化铝)和硝酸钠的水溶液中,在紫外灯照射下反应1-10小时后,将反应后的样品取出,在400度高温下退火处理,得到氧化锌-氧化铜(氧化锌-三氧化二铁、氧化锌-三氧化二铝)的纳米复合材料。
该复合材料可以大大提高电子-空穴寿命,增大材料的光谱吸收范围,在自然光条件下即可以实现对废水中有机污染物的有效降解。
申请人:南京邮电大学
地址:210046 江苏省南京市栖霞区文苑路9号
国籍:CN
代理机构:南京经纬专利商标代理有限公司
代理人:叶连生
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三维石墨烯基二氧化锡复合材料的制备方法及其应用[发明专利]
专利名称:三维石墨烯基二氧化锡复合材料的制备方法及其应用
专利类型:发明专利
发明人:冯新亮,黄燕山,吴东清,张帆,李爽,肖丽
申请号:CN201310256465.9
申请日:20130625
公开号:CN103326007A
公开日:
20130925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种三维结构的石墨烯基二氧化锡复合材料的制备方法及其应用。
本发明的制备方法采用单层碳原子结构的石墨烯作为载体,利用五水四氯化锡作为锡源前驱体,通过水热冻干的方法制备出三维结构的石墨烯基二氧化锡复合材料。
通过此方法得到的二氧化锡纳米颗粒均匀地负载在石墨烯骨架上,并很好地组装成具有三维结构的气凝胶。
经电化学测试证明,本发明的制备方法得到的三维结构的石墨烯基二氧化锡复合材料具有优异的循环稳定性和倍率性能,实验证明在
100mAg的充放电流下,其中二氧化锡材料放电容量可达到800mAhg。
申请人:上海交通大学
地址:200240 上海市闵行区东川路800号
国籍:CN
代理机构:上海旭诚知识产权代理有限公司
代理人:郑立
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纳米材料在环境监测中的应用研究
纳米材料在环境监测中的应用研究I. 简介随着工业化和城市化的加速,环境污染问题日益严峻。
因此,环境监测工作十分重要。
随着纳米技术的发展,纳米材料在环境监测中的应用前景十分广阔,本文将重点讨论纳米材料在环境监测中的应用研究。
II. 纳米材料在大气环境监测中的应用研究大气环境污染物主要包括PM2.5、PM10、SO2、NOx等。
纳米材料在大气环境监测中的主要应用研究有以下几个方面:1. 纳米材料在大气颗粒物检测中的应用。
利用纳米材料的高比表面积,制备出高敏感度、高选择性的大气颗粒物检测器。
2. 纳米材料在大气污染物降解中的应用。
研究发现,纳米材料如氧化钛、氧化锌等可以有效降解NOx、SO2等大气污染物,因此可以用于大气污染物的净化。
3. 纳米材料在大气污染源监测中的应用。
利用纳米材料的高灵敏度特性,可以将其用于大气污染源检测中,如监测工业废气中二氧化硫、氯气、氨等有毒气体。
III. 纳米材料在土壤环境监测中的应用研究土壤污染是环境污染中的一个重要问题,主要包括有机物污染、重金属污染等。
纳米材料在土壤环境监测中的主要应用研究有以下几个方面:1. 纳米材料在土壤有机物检测中的应用。
利用纳米材料的高表面积,可以制备出高敏感度的土壤有机物检测器,如氧化石墨烯、纳米金等。
2. 纳米材料在土壤重金属污染检测中的应用。
利用纳米材料的高比表面积和特异性吸附性质,制备出高选择性、高敏感度的土壤重金属检测器,如纳米银、氧化亚铜等。
3. 纳米材料在土壤污染源监测中的应用。
利用纳米材料的高灵敏度特性,可以将其用于行业排污检测中,如监测含铅废水、铬酸盐废水等有毒废水。
IV. 纳米材料在水环境监测中的应用研究对于水环境的监测,主要涉及到水质和水中微生物等。
纳米材料在水环境监测中的主要应用研究有以下几个方面:1. 纳米材料在水质监测中的应用。
利用纳米材料的高比表面积和灵敏度,可以制备出高敏感度、高选择性的水质检测器,如弯曲碳纳米管、纳米铁等。
一种纳米氧化锌与还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用[发明专利]
专利名称:一种纳米氧化锌与还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用
专利类型:发明专利
发明人:许鑫华,曹明超,郑丽婷
申请号:CN201910844039.4
申请日:20190906
公开号:CN112461907A
公开日:
20210309
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供一种纳米氧化锌与还原氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用,对纳米氧化锌的预处理、氧化还原石墨烯(GO)的制备和纳米氧化锌与氧化还原石墨烯复合材料的制备,将纳米氧化锌悬浮液与氧化还原石墨烯(GO)悬浮液搅拌混合后滴在金电极表面,风干后得到纳米氧化锌与氧化还原石墨烯复合材料。
通过对纳米氧化锌的表面进行预处理,再与所制备的氧化还原石墨烯进行搅拌混合,两者进行自组装均匀分散,使得ZnO分散更加均匀,后续利用该复合材料制备的电化学传感器,对所测物质的敏感度更高;电化学传感器的实验方法简单,实验条件易达到,有效提高传感器电极材料的比表面积及活性位点,从而提高检测灵敏度,降低检测限。
申请人:天津大学
地址:300072 天津市南开区卫津路92号
国籍:CN
代理机构:天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)
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氧化锌_石墨烯复合材料的水热制备及其光催化性能
摘 要:基于石墨烯优异的电子传输特点,本文以石墨烯 为 载 体,醋 酸 锌 为 半 导 体 前 驱 体,通 过 水 热 法 制 备 了 氧 化 锌/石 墨 烯 复
合材料。对所合成的复合材料进行了 X 射线衍射(XRD)、红 外 光 谱(FT-IR)、扫 描 电 子 显 微 镜(SEM)、拉 曼 光 谱(Raman)、氮 气
Abstract:Due to its excellent electron transport property,graphene-based materials have been explored in a wide range of applica- tions.The zinc oxide/graphene(ZnO/graphene)composite photocatalyst,where ZnO was wrapped by graphene nanoshells,was prepared via a rapid hydrothermal method,by the precursor solution of Zn(CH3COO)2 and graphene.The ZnO/graphene com- posite material was characterized in detail by X-ray diffraction (XRD),FT-IR,scanning electron microscopy (SEM),Raman spectra,N2adsorption-desorption and the photodegradation of Rhodamine B.The results show that the surface of graphene is covered uniformly by ZnO,and ZnO can stably disperse due to the interfacial interactions in graphene.The interfacial couplings benefit the hole-electron separation and the charge transport,allowing more opportunities for electrons to participate to form ac- tive oxygen species,which are capable of photodegradation RhB.The photocatalytic experiments indicate that the photodegrada- tion efficiency on RhB shows much higher compared to that of TiO2 and the first-order kinetics value is 0.012 min-1 .This novel high photocatalytic performance ZnO/graphene composite will potential applications in photocatalysis and the strategy offers new
三维石墨烯基底上制备Ni掺杂Co(OH)2复合材料及其电化学性能研究(主)
三维石墨烯基底上制备Ni掺杂Co(OH)2复合材料及其在超级电容器中的应用王力群1,2,,李小成2*, 郭铁明1,1兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃,7300502兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室甘肃,730000摘要:采用恒电位沉积技术在三维网状石墨烯(3D GN)基底上制备Ni掺杂Co(OH)2纳米薄片电极材料,并研究了不同Ni掺杂量对三维石墨烯/Ni x Co1-x(OH)2复合材料的形貌及电化学性能的影响。
结果表明当Ni掺杂量为0.34时,即3D GN/Ni0.34Co0.66(OH)2复合电极材料具有最佳的电化学性能。
电流密度为3A/g时,其在1mol/L的KOH电解液中比容量达到了1714F/g,当电流密度达到30A/g时比容量仍保持有1254F/g,且在10A/g的大电流密度下经过500次循环后,比容量保持率为83%。
关键词:三维石墨烯; 镍钴双氢氧化物;电沉积;复合材料; 超级电容器1.引言Co(OH)2因其具有独特的层状结构、多电子的反应特征以及良好的氧化还原反应活性等特征在超级电容器电极材料方面具有潜在应用价值[1,2]。
然而实际实验中制备得的Co(OH)2的比电容(200~900 F/g)远远小于其理论值(3458 F/g),严重影响了其广泛应用。
近年来,研究人员尝试通过掺杂的办法提高Co(OH)2的比电容,其中通过掺杂Ni制备得到的镍钴双氢氧化物材料受到众多研究者广泛青睐[3-5],据报道[6-8],经掺杂后的混合物电极材料的性能比单一的电极材料提高很多。
主要原因在于掺杂Ni可以构建具有大比表面积的特殊纳米结构,进而提高电极材料与电解液的接触面积,缩短电化学反应过程中的传质扩散路径,增加材料的本征导电性[9],同时还与Ni(OH)2高达3100F/g的高实验报道值[10]、Ni(OH)2较大的层间距以及Ni(OH)2/NiOOH相近的密度等因素有关[11]。
石墨烯氧化镍复合材料的制备与应用
Text 5
1-2周:查阅文献,制定实验方案 3-4周:制备GO 5-8周:制备GN-NiO复合材料 9-11周:表征GN-NiO复合材料
12周:文献综述
13-14周:毕业论文,准备毕业答辩6月中旬—六月底: 毕业答辩
THANK YOU
Text 3 Text 4 Text 5
石墨烯/氧化镍复合材料的制备与应用
选题意义 研究现状 研究内容
1.用共沉淀法制备GNNiO复合材料
2.通过水热法制备GNNiO复合材料
3.通过溶液法制备GNNiO复合材料
4. 三种样品分别通过 SEM、XPS、XRD、N2吸 脱附表征其结构,CV、 EIS测试其电化学性能。 Text 4 Text 5
Text 2 Text 3 Text 4 Text 5
石墨烯/氧化镍复合材料的制备与应用
选题意义 研究现状
Reduced graphene oxide–nickel oxide composite as high performance electrode materials for supercapacitors
Text 3 Text 4 T用
选题意义 研究现状
孙峰等分别用共沉淀法和均相共生法制备出了 GN-NiO复合材料,其研究结果表明用共沉淀法制备 的GN-NiO 复合材料与石墨烯相比,其中的褶皱已经 不明显,但氧化镍分散不均,且发生明显团聚现象。 最大比电容为 156 F/g,倍率性能极差。均相共生法 制备的GN-NiO 粉体材料超级电容器的比电容是相应 石墨烯电容器的 2 倍以上,且其保持率在 88%左右。 在1000 mA/g 的电流密度下能量密度和功率密度分别 达到 32.8 Wh/kg 和983 W/kg,具有优异的长时间使 用能力。
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文章编号:1001-9731(2015)16-16142-05三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料的制备及其在双氧水检测中的应用*张艳娟1,2,3,郭新立1,2,3,郝 威1,王蔚妮1,张灵敏1,李 琦1,陈 坚1,王增梅1,孙立涛2(1.东南大学材料科学与工程学院,江苏省金属高技术重点实验室,南京211189;2.东南大学江南石墨烯研究院先进碳材料联合研发中心,南京210096;3.东南大学张家港工业技术研究院,江苏张家港215628)摘 要: 通过化学气相沉积法制备出孔洞为300~500μm骨架完好的三维石墨烯,并采用晶种诱导法在三维石墨烯表面原位生长直径为100nm左右、长度达2.80μm的ZnO纳米棒,从而制备出高度结晶的三维石墨烯/氧化锌纳米结构的复合材料。
复合材料用XRD、SEM进行表征,并通过循环伏安曲线(CV曲线)及时间电流曲线(I-t曲线)电化学测试方法,测试三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料对双氧水的检测情况。
结果显示,采用新方法制备的三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料作为电极对双氧水表现出优异的检测性能,检测限为1μmol/L,且线性检测范围为10~120μmol/L。
关键词: 三维石墨烯;ZnO纳米棒;晶种诱导;双氧水中图分类号: TB332文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.16.0261 引 言石墨烯具有非凡的物理化学性质,如高比表面积、高导电性、高机械强度且易于修饰等特点,在晶体管[1]、传感器[2-3]、电容器[4]、光催化[5-6]、锂电池[7]及生物技术中有很大的潜在应用价值。
然而,基于石墨烯的复合材料在能源、传感领域的应用,通常需要将二维石墨烯组装为三维结构[8-10]。
三维石墨烯相比于二维石墨烯具有以下优点:(1)三维孔状结构促进了电解液及被检测物的渗入;(2)三维孔状结构提供了多重电子通道,从而实现对被检测物快速敏感的检测;(3)三维石墨烯表面的多重褶皱具有高的比表面积,提供了多重有效位置以便于与其它电活性材料的复合[8]。
ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,属于六方纤锌矿结构,(002)晶面的表面自由能最低,因而ZnO通常具有(002)方向取向性生长。
ZnO在光电[11]、传感[12]、压电[13]、热电等[14]诸多领域都具有优异的性能,在低维纳米领域也表现优异,拥有各式各样的纳米结构,因此许多研究者利用石墨烯和ZnO各自不同特性,将ZnO掺杂到石墨烯上,并对新的复合材料的应用性能进行了大量研究,以期得到性能更佳的材料[15-20]。
由于石墨烯与ZnO纳米材料的复合效应,石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料可用作很好的电化学传感材料,在检测多巴胺、铁氯化物等领域表现优异[16]。
本文在前人的基础上[16]采用晶种诱导法实现了对原有复合材料结构的改进,在三维石墨烯表面制备出分布均匀、长径比更大的氧化锌纳米棒,更有利于在传感器中的应用,并研究三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料对双氧水的检测情况。
结果显示本文中采用新方法制备的三维石墨烯/氧化锌作为电极对双氧水表现出优异的检测性能,检测限为1μmol/L且线性检测范围为10~120μmol/L,线性相关系数为R2=0.99501,说明三维石墨烯/氧化锌电极非常适合被用来检测水溶液中的过氧化氢浓度。
2 实 验2.1 三维石墨烯的制备制备三维石墨烯的基底采用泡沫镍(爱兰高科技有限公司(大连),面密度为320g/m2,厚度为1.5mm)。
基底首先用无水乙醇超声清洗10min,然后用去离子水超声清洗10min,以此去除泡沫镍表面的杂物。
待泡沫镍烘干后放入CVD炉石英管内抽真空,通入Ar(100cm3/min)和H2(100cm3/min),生长石墨烯时通入CH4(10cm3/min)和H2(200cm3/min),生长5min后断开CH4,并快速降温,等炉子冷却到室温后取出样品。
将生长后的样品浸入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液中2~5s,然后在130℃的热板上烘干5min。
然后将样品放入0.1mol/L的FeCl3溶液中,在70℃的水浴中静置2d。
将去除水分后的样品放入管式炉中,通入H2,在450℃下退火2h。
PMMA在高温和还原气氛下发生分解,分解产物241612015年第16期(46)卷*基金项目:国家自然科学基金资助项目(21173041);东大-江南石墨烯研究院先进碳材料联合研发中心开放课题资助项目(8512000301);2012年苏州市纳米技术专项资助项目(ZXG2012029)收到初稿日期:2014-09-09收到修改稿日期:2014-12-11通讯作者:郭新立,E-mail:guo.xinli@seu.edu.cn作者简介:张艳娟 (1989-),女,河南新乡人,硕士,师承郭新立教授,从事石墨烯及纳米功能材料研究。
随气体被带走。
得到最后的残余物———无支撑的三维石墨烯材料。
2.2 种子层的制备等摩尔量的醋酸锌和乙醇胺溶于乙二醇甲醚中,浓度为0.5mol/L,60℃下磁力搅拌2h,最终得到无色透明的溶胶。
陈化24h后将清洗干净的三维石墨烯浸渍配置好的ZnO溶胶,500℃下退火热处理1h即可得到较为均匀的种子层。
2.3 三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料制备将六水合硝酸锌、六亚甲基四胺(HMT)分别超声溶于去离子水中,然后将等摩尔浓度(0.025mol/L)的上述两种溶液混合均匀得到的澄清液作为反应液。
将种有ZnO种子层的三维石墨烯基体水平放置于聚四氟乙烯反应釜中,保持温度95℃,反应时间为2h。
2.4 表征手段FEI的Siron型场发射扫描电镜,德国Bruker的D8-Discover型X射线衍射仪,上海辰华电化学工作站CHI600B。
2.5 电化学测试电化学测试采用三电极系统,测试仪器为上海辰华电化学工作站CHI600B。
工作电极为三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合电极,对电极为铂电极,参比电极为Ag/AgCl电极。
缓冲溶液为磷酸盐(PBS)缓冲液(浓度为0.1mol/L,pH值=7.4)。
工作环境温度为25℃。
工作电极的制备:裁剪1cm×1.5cm的三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料,并放在1.5cm×2cm的普通载玻片上,用银胶将铜线的一端与复合材料粘连起来,然后用硅胶将三维石墨烯的四周与载玻片粘连,置于40℃的加热板上烘干。
3 结果与讨论3.1 ZnO种子层从图1可以看出各衍射峰峰形尖锐,结晶良好。
对各衍射峰进行定向,对照标准X射线衍射图谱,表明所生长ZnO纳米颗粒为六方纤锌矿型晶体结构。
图1 用于制备种子层的ZnO粉体XRD图Fig 1XRD pattern of ZnO powder for seed layer3.2 三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料SEM观察发现,所制备的三维石墨烯具有与泡沫镍相似的结构,如图2(a)所示。
三维石墨烯孔径为300~500μm,其大小与泡沫镍相当。
由于石墨烯是附着在泡沫镍表面生长的,因此理论上三维石墨烯的结构完全复制了泡沫镍的形貌。
但是由于石墨烯这种二维材料宏观强度低的问题,在去除镍基底后三维石墨烯会有坍塌变形等情况,三维石墨烯骨架有一定程度的弯曲,如图2(a)所示。
但是由于石墨烯又具有良好的柔韧性,三维石墨烯整体保持完整性,没有发现有断裂的地方。
图2 样品的扫描电镜图Fig 2SEM images of the samples34161张艳娟等:三维石墨烯/氧化锌纳米结构复合材料的制备及其在双氧水检测中的应用 三维石墨烯的另外一个重要特征是其骨架为中空管状形貌,如图2(a)嵌入图所示。
这种形貌的形成是因为石墨烯包覆在泡沫镍骨架的表面。
三维石墨烯内部填充有镍,当用三价铁离子去除镍后,三维石墨烯就会形成管状形貌。
这种特殊的结构增加了三维石墨烯的比表面积,增幅有1倍。
高比表面积的三维石墨烯为其它活性物质提供了一个良好的载体。
在复合氧化锌纳米棒后可看出三维石墨烯的骨架更立体,如图2(b)所示。
ZnO纳米棒均匀地垂直于三维石墨烯基体生长,且尺寸分布均匀,直径为100nm左右,而长度达到2.80μm,如图2(c)-(d)所示。
图3给出了ZnO、石墨烯、石墨烯/氧化锌复合材料的X射线衍射(XRD)图谱。
图3 三维石墨烯、ZnO、三维石墨烯/氧化锌复合材料的X射线衍射图谱Fig 3XRD patterns of graphene foam,ZnO,ZnO/gra-phene foam composites从图3可看出,ZnO的衍射峰分别在31.9,34.5,36.4,47.6,56.6,62.9和68.1°,对应的为ZnO六方纤锌矿型晶体结构(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)的特征峰。
而三维石墨烯的特征峰在2θ=26.5和54.6°,对应的为石墨的(002)及(004)衍射峰。
而三维石墨烯/氧化锌复合材料的XRD图谱则同时完美体现出了石墨烯及ZnO的衍射峰,说明制备出的三维石墨烯/氧化锌复合材料具有优异的结晶性。
3.3 电化学性能测试图4为通过循环伏安曲线(CV曲线)及时间电流曲线(I-t曲线)测试石墨烯/氧化锌复合材料的电化学性能。
图4(a)为三维石墨烯、三维石墨烯/氧化锌复合材料在H2O2浓度为10mmol/L的PBS缓冲溶液(浓度为0.1mol/L,pH值=7.4)中,扫描电压范围为-1.0~1.0V,以50mV/s的扫描速度的循环伏安曲线(CV曲线);图4(b)为三维石墨烯/氧化锌复合电极在电位为0.51V随着过氧化氢的浓度不断变化得到的I-t曲线及内置图为曲线的放大图;图4(c)为不同扫描速率(10,20,30,40,50mV/s)下三维石墨烯/氧化锌在双氧水浓度为10mmol/L的PBS缓冲溶液中的CV曲线;图4(d)为ZnO纳米棒在扫描速率为50mV/s,双氧水浓度为10mmol/L的PBS缓冲溶液中的循环伏安(CV)曲线。
如图4(a)所示,图中曲线(a)部分为三维石墨烯的CV曲线,而曲线(b)为三维石墨烯/氧化锌复合材料的CV曲线。
可以看出,复合ZnO纳米棒后的三维石墨烯电极出现了一对氧化还原峰,并且峰电流明显高于三维石墨烯电极,增加约10倍,而相比于图4(d)所示,ZnO则增加了5倍。
此外复合电极的CV曲线上下对称,说明电极的可逆性比较好。
从两种电极的对比可以看出,复合材料相比三维石墨烯,对双氧水有更好的检测效果。
图4(c)为不同扫描速率下三维石墨烯/氧化锌复合电极的CV曲线。
图4 三维石墨烯/氧化锌复合材料的电化学性能Fig 4Electrochemical property of ZnO/graphene foam composites441612015年第16期(46)卷 可看出峰电流在扫描速率为10~50mV/s,随着扫描速率的增加也相应地增加,且形状无明显变化,说明该复合电极具有优异的倍率性能。