碳纳米管在电化学中的应用

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碳纳米管材料在电池制造中的应用

碳纳米管材料在电池制造中的应用

碳纳米管材料在电池制造中的应用碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)是一种具有独特属性的纳米材料。

它们是由碳原子组成的,呈现出一种管状结构,长约为数微米到数十微米不等,直径则为几个纳米。

碳纳米管因其高分子量、高比表面积和优异的电导率等特性,已经成为研究的热点,具有广泛的应用前景。

其中,碳纳米管材料在电池制造中的应用是非常引人瞩目的。

一、碳纳米管材料在锂离子电池制造中的应用锂离子电池是当前商业化程度最高的可充电电池之一。

碳纳米管由于其优良的导电性和高比表面积,可以作为锂离子电池的电极材料,提高电池的容量和功率密度。

研究表明,将碳纳米管作为电极材料,不仅可以提高电池初始容量,还可以减轻电极的体积膨胀和收缩,从而延长电池的寿命。

此外,碳纳米管还可以作为导电添加剂用于制备锂离子电池的电解质,提高电解液的电导率,从而提高电池的充放电效率和循环寿命。

二、碳纳米管材料在银锌电池制造中的应用银锌电池是一种常用于医疗器械和电子设备等领域的纽扣电池。

在传统的银锌电池中,锌是主要反应物,其容量较低且存在结构膨胀问题,导致电池循环一定次数后会失去活性。

近年来,研究人员发现通过添加碳纳米管可以显著提高银锌电池的容量和功率密度。

其原理是碳纳米管的高导电性和结构稳定性,能够促进电池反应的进行并减缓电极结构的膨胀和收缩。

三、碳纳米管材料在超级电容器制造中的应用超级电容器,也称为电化学双层电容器,以其高能量密度、长循环寿命和快充速度等优点备受研究者的青睐。

碳纳米管是制备超级电容器的优良材料之一。

首先,碳纳米管具有大比表面积和优异的电极化学性质,可以提高电容器的能量密度和功率密度。

其次,碳纳米管还可以用于制造复合电极材料,通过改变碳纳米管的形态和结构,实现更好的电容性能。

综上所述,碳纳米管作为一种具有优异性能的新型材料,为电池制造提供了新的思路和方法。

未来,碳纳米管材料在电池制造中的应用前景十分广阔,也将为新能源和节能环保等领域的发展做出更大的贡献。

碳材料在水系锌电中的应用

碳材料在水系锌电中的应用

碳材料在水系锌电中的应用
碳材料在水系锌离子电池中有重要的应用。

以下是一些具体的应用和作用:
1. 碳纳米材料:碳纳米材料如碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯等,由于其优异的导电性和化学稳定性,被用作锌离子电池的电极材料。

它们能够提高电极的电导率,增加电极的活性物质附着能力,从而提高电池的能量密度和循环寿命。

2. 碳布:碳布是一种多孔的碳纤维材料,它能够为锌离子提供丰富的反应界面,从而提高电池的电化学性能。

碳布还具有良好的柔性和可塑性,可以方便地制备成各种形状和大小的电极。

3. 活性炭:活性炭是一种具有高比表面积和丰富孔结构的碳材料,它能够吸附大量的锌离子,从而改善电池的容量和循环性能。

活性炭还可以通过调控孔径和表面性质来控制锌离子的扩散和反应速率。

4. 碳气凝胶:碳气凝胶是一种轻质、多孔的碳材料,它具有极高的比表面积和良好的导电性。

在锌离子电池中,碳气凝胶可以用作隔膜或电极材料,能够提高电池的能量密度和循环寿命。

总的来说,碳材料在水系锌离子电池中的应用广泛,涉及电极材料、隔膜、添加剂等多个方面。

这些应用不仅提高了电池的电化学性能,还有助于推动水系锌离子电池的发展和商业化进程。

碳纳米管的制备方法和应用

碳纳米管的制备方法和应用

碳纳米管的制备方法和应用碳纳米管是由纳米级的碳原子构成的一种纳米材料,具有独特的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域。

本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在材料科学、电子学和生物医学中的应用。

一、碳纳米管的制备方法目前,常见的碳纳米管制备方法主要有化学气相沉积法、电化学沉积法、电弧放电法和碳热还原法等。

化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。

该方法利用金属催化剂(如铁、铜等)和含碳的气体(如一氧化碳、甲烷等)在高温下反应,生成碳纳米管。

这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和结构,制备出高质量的碳纳米管。

电化学沉积法是一种较为简单和经济的制备方法。

通过在电极表面施加电压,使金属离子在电极上还原并沉积成碳纳米管。

这种方法可以在常温下进行,对环境友好,但产出的碳纳米管质量较低。

电弧放电法是一种高温高压条件下制备碳纳米管的方法。

通过在金属电极之间施加高电压,形成电弧放电,使电极表面的碳物质蒸发并在高温高压下形成碳纳米管。

这种方法制备出的碳纳米管尺寸较大,结构较不规则。

碳热还原法是使用碳源将金属氧化物还原成金属,并在高温下生成碳纳米管。

这种方法能够制备出高纯度的碳纳米管,但操作条件较为复杂。

二、碳纳米管在材料科学中的应用由于碳纳米管具有优异的力学性能、导电性和热导性,因此在材料科学中有广泛的应用。

碳纳米管可以添加到复合材料中,提高材料的力学性能和导电性。

此外,碳纳米管还可以用于制备超级电容器和锂离子电池,因为其具有较大比表面积和良好的电化学性能。

另外,由于碳纳米管具有较高的比表面积和孔隙结构,可以用作吸附剂来去除水和气体中的有害物质。

碳纳米管的应用还延伸到柔性电子学和传感器领域,用于制备柔性显示器件和高灵敏度的传感器,如压力传感器和化学传感器等。

三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管由于其独特的电子性质,被广泛应用于电子学领域。

碳纳米管可以用作场发射源,用于制备高亮度和高分辨率的显示器件。

此外,碳纳米管也可以用于制备柔性电子器件,如柔性电池和柔性晶体管等,具有重要的应用价值。

碳纳米管的具体应用

碳纳米管的具体应用

碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构,具有优异的物理和化学性质,因此在众多领域中具有广泛的应用前景。

本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。

1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用,主要体现在以下几个方面:(1)场效应晶体管(FET):碳纳米管可以作为FET的通道材料,具有优异的电子输运性能,可实现高速、低功耗的电子器件。

(2)纳米电子学器件:碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件,如纳米电极、纳米线和纳米电容器等,用于构建超高密度的集成电路。

(3)柔性电子学:碳纳米管具有优异的柔性性质,可以用于制备柔性电子学器件,如柔性传感器、柔性显示器等,为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。

2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用,主要体现在以下几个方面:(1)复合材料增强剂:碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂,加入到金属、陶瓷或聚合物基体中,可以显著提高材料的力学性能和导电性能。

(2)催化剂载体:碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质,可作为催化剂的载体,提高催化反应的效率和选择性。

(3)锂离子电池负极材料:碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能,可作为锂离子电池负极材料,具有高容量和长循环寿命等优点。

3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景,主要体现在以下几个方面:(1)药物传递:碳纳米管可以作为药物的载体,通过调控其表面性质和内部结构,实现药物的控释和靶向传递,提高药物治疗的效果。

(2)生物传感器:碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能,可以用于制备生物传感器,实现对生物分子的灵敏检测和诊断。

(3)组织工程:碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程,促进细胞生长和组织修复,具有重要的临床应用前景。

4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用,主要体现在以下几个方面:(1)锂离子电池:碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料,具有高比表面积和优异的电导率,可提高电池的能量密度和循环寿命。

碳纳米管在电化学传感器中的应用进展

碳纳米管在电化学传感器中的应用进展

化学试剂,2006,28(12),717~723专论与综述碳纳米管在电化学传感器中的应用进展张旭志,焦奎3,赵常志,孙伟(青岛科技大学化学与分子工程学院,山东青岛 266042)摘要:综述了碳纳米管(Carbon Nanotube ,C NT )在电化学传感器研究中的应用进展。

重点介绍了C NT 电极和C NT 修饰电极的制备、电化学特性及应用,并对其在DNA 电化学生物传感器方面的应用前景与挑战进行了展望。

关键词:碳纳米管;电化学传感器中图分类号:O675 文献标识码:A 文章编号:025823283(2006)1220717207收稿日期:2006206217基金项目:国家自然科学基金资助项目(20375020,20405008);青岛市自然科学基金资助项目(04222JZP 28)。

作者简介:张旭志(19762),男,山东东明人,博士生,从事电化学分析研究。

碳纳米管(Carbon Nanotube ,C NT )因其独特的结构、机械、电子及化学特性[1~3],自1991年被发现[1]以来,在全球范围众多领域都引起了轰动。

分析化学工作者也立刻投入了大量的精力,在扫描显微镜探针、气体传感器、化学修饰电极和化学分离及检测等方面的应用研究方兴未艾,其中电化学分析家将C NT 应用在电极和修饰电极方面的研究已获得不凡的成就。

然而,就目前的研究报告来看,其应用潜力依然诱人,有理由让科研工作者付出更多的心血。

近年来,关于C NT 的电化学传感器[4]和C NT 在生物传感器中的应用[5]等已陆续有综述发表。

本文就最近以来C NT 在电化学传感器中的应用予以综述,并展望了C NT 应用于电化学DNA 生物传感器的前景。

1 CNT 介绍C NT 又称巴基管(buckytubes ),属于富勒(fullerene )碳系,管状无缝中空,具有完整的分子结构,由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成[2]。

管各单层两端由五边形或七边形参与封闭。

碳基材料在电化学能源中的应用探究

碳基材料在电化学能源中的应用探究

碳基材料在电化学能源中的应用探究随着工业的发展和人类能源需求的不断增加,传统化石燃料所导致的环境问题和资源问题也逐渐凸显。

新能源和清洁能源的发展成为了解决人类大环境问题和资源问题的关键。

而其中,电化学能源作为新兴领域,对碳基材料的研究和应用尤其重要。

碳基材料是指以碳元素为主体的一类材料,其特别之处在于其物化性质具有较强的可控性和可调性,使其在电化学能源中应用范围极广。

碳基材料主要包括活性炭、石墨、石墨烯、碳纳米管等。

1. 活性炭在电容器中的应用活性炭是一种具有活性表面的多孔材料,其表面积高达1000m2/g以上。

由于其具有很强的离子吸附能力和电容性能,活性炭被广泛应用于电化学电容器中。

活性炭电容器性能优良,能够实现高能量密度和高功率密度的同时,具有快速充电和放电的能力。

2. 石墨烯在锂离子电池中的应用石墨烯是一种单层碳原子构成的物质,其独特的物理化学性质使得其在电化学领域表现出色。

锂离子电池是一种新型的高能量密度电池,其正极通常采用的是石墨材料。

石墨烯作为一种更具优势的石墨材料,在锂离子电池中的应用越来越广泛。

石墨烯和锂离子反应的电化学反应速率快,循环寿命也更长,可以大幅提高锂离子电池能量密度和循环寿命。

3. 碳纳米管在燃料电池中的应用燃料电池是一种高效的清洁能源,其中传统的阳极催化剂常常采用白金基材料。

而碳纳米管作为一种新型催化材料,在阳极催化剂中的应用因其成本低廉、高效能而受到关注。

碳纳米管的表面积很高,表面活性极强,其导电性能优秀,可以显著提升燃料电池阳极的催化活性和电化学性能。

总之,碳基材料在电化学能源中的应用前景广阔,为新能源的开发和清洁能源的应用提供了重要的支持。

但同时也要注意碳基材料的环境问题和资源问题,为了实现更加可持续的发展,研究人员需要通过技术进步和扩大生产规模来降低碳基材料的生产成本,保障其应用的安全和可持续性。

碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用研究

碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用研究

碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用研究燃料电池是一种能源转换装置,将化学能直接转化为电能,而不产生有害气体和颗粒物。

随着对能源和环境的日益关注,燃料电池作为一种清洁、高效的能源技术备受研究和关注。

然而,燃料电池的高成本和低耐久性限制了其在实际应用中的广泛推广。

因此,研究人员一直在寻找新的材料和方法来改善燃料电池的性能。

碳纳米管作为一种新型的纳米材料,具有优异的电化学性能和催化活性,因此在燃料电池中的应用前景广泛。

下面将从碳纳米管催化剂的制备、电化学性能和催化机理等方面探讨其在燃料电池中的应用研究。

首先,碳纳米管催化剂的制备方法非常多样化。

传统方法包括化学气相沉积、电化学沉积和热解法等,但这些方法制备的碳纳米管催化剂存在着粒径不均匀、分散性差以及封装问题等缺点。

因此,近年来研究人员提出了许多新颖的制备方法,如溶胶凝胶法、微波辐射法和激光烧结法等。

这些新方法可以制备出具有较高比表面积、较好分散性和较高催化活性的碳纳米管催化剂,从而极大地提高了燃料电池的性能。

其次,碳纳米管作为催化剂在燃料电池中具有优异的电化学性能。

研究表明,碳纳米管催化剂具有较高的电催化活性和良好的电子传导性能,能够有效降低电极的极化和电子传输电阻。

此外,碳纳米管的低吸附能力和较高的导电性能也有助于提高催化剂对燃料反应的催化效果。

因此,将碳纳米管催化剂应用于燃料电池中,可以显著提高燃料的电催化活性和燃料电池的能量转换效率。

另外,碳纳米管催化剂还具有独特的催化机理。

研究发现,碳纳米管的表面活性位点可以吸附和激活燃料分子,从而促进氧化还原反应的进行。

碳纳米管的高比表面积和多孔结构可以提供更多的活性位点,提高催化剂的利用率和稳定性。

此外,碳纳米管还可以通过控制其形貌和结构来调节催化剂的催化活性和选择性。

因此,通过研究碳纳米管的催化机理,可以优化催化剂的设计和制备,提高燃料电池的性能。

然而,碳纳米管催化剂在燃料电池中的应用仍然面临一些挑战。

首先,大规模制备碳纳米管催化剂的成本较高,影响了其商业化应用。

碳纳米管的工作原理

碳纳米管的工作原理

碳纳米管的工作原理碳纳米管作为一种具有材料学和纳米科技领域重要应用前景的纳米材料,其独特的结构和优异的性能引起了广泛的关注和研究。

本文将介绍碳纳米管的工作原理,包括结构形貌、电子结构及其在电子学、能源和材料等领域的应用。

一、碳纳米管的结构形貌碳纳米管是由碳原子按照特定方式排列而形成的一种纳米材料。

其结构可分为单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotubes, SWCNTs)和多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)两种。

单壁碳纳米管由一个层状的碳原子构成,形成一个中空的圆筒状结构;而多壁碳纳米管则是由多个套在一起的单壁碳纳米管形成。

碳纳米管的直径可在纳米尺度下,长度则可从纳米到微米不等。

二、碳纳米管的电子结构碳纳米管的电子结构由它特殊的晶格结构所决定。

SWCNTs的电子结构可以分为金属型和半导体型。

金属型SWCNTs具有导电性能,其带电子结构中存在不同对于带底和带顶的π键态。

而半导体型SWCNTs则具有带隙,在带电子结构中存在占据和未占据的π键态之间的能隙。

MWCNTs的电子结构则比SWCNTs复杂,由于多层的存在,形成了更多的能带结构。

三、碳纳米管在电子学中的应用由于碳纳米管具有良好的电导性和导热性能,使得它在电子学领域具有广泛的应用潜力。

碳纳米管可以作为电子器件的导线或晶体管的栅极,实现电流的快速传输和控制。

其极小的尺寸和高度延展性也使得碳纳米管可以用于构建高密度的集成电路,并在纳米尺度上实现电子元件的微缩和高性能的实现。

四、碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管在能源领域的应用主要集中在电池、超级电容器和燃料电池等方面。

碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能,这使得它在电化学能量转换和储存中具有重要的作用。

碳纳米管可以用作电极材料,提高电池和超级电容器的性能,并且可以提高储能密度和充放电速度。

五、碳纳米管在材料领域的应用碳纳米管以其高强度、高刚性和轻质的性质在材料领域有着广泛的应用前景。

碳纳米管阵列阴极

碳纳米管阵列阴极

碳纳米管阵列阴极
碳纳米管阵列阴极是一种新型的电极材料,具有广泛的应用前景。

它由大量纳米级碳纳米管组成,可以作为电池、超级电容器和储能设备等领域中的重要组成部分。

碳纳米管阵列阴极在电化学储能领域具有独特的优势,如高能量密度、高功率密度和长循环寿命等。

碳纳米管阵列阴极的独特结构赋予了它出色的电化学性能。

纳米级碳纳米管的高比表面积和优异的导电性,使得阵列阴极具有良好的电荷传输效率和离子扩散速率。

这种结构可以提供更多的活性位点,增强电极与电解质之间的相互作用,从而提高电化学反应速率。

碳纳米管阵列阴极具有优异的电化学稳定性和循环寿命。

由于碳纳米管本身的稳定性和耐腐蚀性,阵列阴极在循环充放电过程中能够保持较好的结构完整性和电化学性能。

相比于传统的电极材料,碳纳米管阵列阴极能够更好地抵抗电极材料的膨胀和收缩,从而延长电池的使用寿命。

碳纳米管阵列阴极还具有良好的机械柔性和可制备性。

碳纳米管阵列可以通过不同的制备方法来调控其形貌和尺寸,以满足不同应用的需求。

同时,碳纳米管阵列具有良好的机械韧性和柔性,可以在各种复杂形状的电子器件中灵活应用。

碳纳米管阵列阴极作为一种新型的电极材料,具有优异的电化学性能、循环稳定性和可制备性。

它在电化学储能领域有着广阔的应用
前景,可以为电池、超级电容器和储能设备等领域的发展提供重要支持。

相信随着技术的不断进步和纳米材料的发展,碳纳米管阵列阴极将会在未来取得更加广泛的应用。

碳纳米管修饰电极在电化学中应用

碳纳米管修饰电极在电化学中应用

到 电极表 面 。不 同的极 性质 。 制备 碳纳 米管修 饰 电极的方 法很 多 ,现 在就 来 简 单介绍 几种 。
1 碳纳米 管的分类
C NT属 于 富勒烯 ( l rn ) 系 ,管状 无缝 中 f l ee 碳 ue
空 ,具有 完整 的分子结 构 , 由碳 六元环 构成 的类石 墨 平面卷 曲而 成 …。管各 单层两 端 由五边 形 或七边
由于 C NT具有 良好 的导 电性 、催 化 活性 和 较
大 的 比表 面积 ,尤其 对过 电位 的大大 降低及 对部分 氧 化还原 蛋 白质 的直接 电子 转移 现象 ,因此被 广泛 用 于修饰 电极 的研究 。碳纳 米管在 作为 电极 用于 化 学 反应 时能促进 电子 转移 。碳纳 米管 的 电化学 和 电 催 化行为 研究 已有 不少报道 。
围 3个碳 原子相 连形成 六角 形 网格 结构 ,但通 常 因 产 生 弯 曲 而 形 成 空 间拓 扑 结 构 ,从 而 使 某 些 碳 原
子呈 s』 p 杂化状态 J 。卷层数从一到数百不等。由
单层 石 墨片 卷积 而成 的称 为单 壁碳 纳 米管 (ig e sn l. w l dcro a ou e S al a n n tb , WNT , 备时 管径 可控 , e b n ) 制
透 射 电镜 ( TE 下 发现 的一种 针状 的管 形碳 单 HR M)
质 。它 以特有 的力学 、电学 和化学 性质 ,以及 独特 的准一 维管状 分子结 构和在 未来 高科 技领域 中所具 有 的潜在 应用 价值 ,迅速 成为化学 、物 理及 材料科 学 等领域 的研 究热点 。 目前 , 纳米碳 管 在理论 计算 、 制备和 纯化生 长机理 、光谱 表征 、物理 化学性 质 以 及 在力学 电学 、化学 和材料 学等领 域 的应用研 究正 在 向纵 深发展 ,在 一些方 面 已取得 重 大突破 。纳米 碳管 ( CNT 的 发现 ,开 辟碳 家 族 的 又一 同素 异 形 ) 体和纳 米材料 研究 的新领域 。

碳纳米管在电化学和光化学纳米生物传感器中的应用

碳纳米管在电化学和光化学纳米生物传感器中的应用
第2卷 9
第1 期
影 像 科 学 与 光 化 学
ma ig S i c n o o h mit g n ce ea d Ph t c e s n
V0 . No 1 29 .1
21 年 1 01 月
J n ,2 1 a. 0 1
碳 纳米 管在 电 化 学 和 光 化 学 纳 米 生 物 传 感 器 中 的应 用
米 管可 以通过 物理吸 附 、 电或 疏水作 用等 非共价 结合 方 式或 共价连 接 方式 固 静 定 生物 大分 子( 蛋 白质 、 NA、 体 等) 有 效地 促 进 生物 大分 子 与 电极 间直 如 D 抗 , 接、 快速的 电子转移 , 可应 用于 多种 电化 学生 物传 感 器 中. 纳 米管本 身在近 红 碳 外光 区具有独特 的 荧光和拉 曼光谱 , 以利 用 多种 光谱 手段 对 多种 生物 分子 实 可 现 定量检 测 , 因此近年 来碳 纳米 管在 光化 学 生物传 感 器 中的应 用也逐 渐 受到 了 研 究者的重视. 本文对碳 纳米 管在 电化 学和 光 化 学生物传 感 器 中的应 用进 行 了
米 管 ( igeW a e ab n N n tb , WC ) 多壁 碳 纳米 管 ( l— al ab n Sn l- l dC ro a ou e S l NT 和 MutW i dC r o i e Na ou e MW C n tb , NT) 单 壁碳 纳 米 管 的结 构 为 一 层 石 墨 片 卷 曲 而 成 , 管 径 为 0 4 3 . 其 .—
述.
1 碳 纳米 管的 结构特 性及 功能化
碳 纳米 管是 一种 由碳六 元环 构成 的类 石墨 平面 卷 曲而 成 的纳 米级 中空管 , 每个 碳 原

碳纳米管在锂离子电池中的应用研究

碳纳米管在锂离子电池中的应用研究

碳纳米管在锂离子电池中的应用研究在如今这个人类普遍使用电子设备的时代,锂离子电池是不可或缺的一个组成部分。

在锂离子电池中,电解质和电极材料是至关重要的。

在此,我们将重点讨论电极材料中碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)的应用。

一、碳纳米管的介绍碳纳米管是由碳原子在长度方向上形成的中空圆柱体,其直径可以在几纳米至几十纳米之间变化。

碳纳米管分为单壁碳纳米管与多壁碳纳米管两种。

碳纳米管有很强的机械强度、尺寸稳定性和高导电性,这些特性使得碳纳米管在电化学领域中有着广泛的应用,如在锂离子电池中的应用、电化学传感器中的应用等。

二、碳纳米管在锂离子电池中的应用制备碳纳米管复合材料能够提高锂离子电池的性能。

碳纳米管的应用可以通过分散在电极材料中或涂覆在电极材料上来实现。

与传统电极材料相较而言,碳纳米管复合材料在锂离子电池中的应用具有以下优势:1. 碳纳米管具有高导电性、高机械强度和高化学惯性,这些特性有助于改善电极材料的表面活性,从而提高电极材料的循环稳定性和容量特性。

2. 碳纳米管复合材料可以改善电极材料的导电性,使其更易于电子传输。

此外,由于碳纳米管的高比表面积,材料中更容易存在锂离子扩散,因此具有更高的离子传输性能。

基于上述好处,碳纳米管已经被广泛应用于锂离子电池中,如在锂离子电池的电极材料中作为添加剂,以改善电极材料的性能。

三、结论总的来说,碳纳米管在锂离子电池中的应用研究越来越深入。

这些研究不仅可以改善电极材料性能,而且可以改进电池的循环稳定性和容量特性。

伴随着碳纳米管的不断发展和研究,我们相信碳纳米管在电池领域中将会有更广泛的应用前景。

碳纳米管和石墨烯的制备和应用

碳纳米管和石墨烯的制备和应用

碳纳米管和石墨烯的制备和应用近年来,碳纳米管和石墨烯作为纳米材料的代表,备受人们的关注。

这两种材料具有独特的结构和性质,在电子、光学、力学等领域有着广泛的应用前景。

本文将从碳纳米管和石墨烯的制备方法入手,探讨它们在不同领域的应用。

一、碳纳米管的制备碳纳米管是由碳元素构成的空心圆柱形结构,具有优异的力学、导电性和导热性能。

目前,碳纳米管的制备方法主要有热解法、化学气相沉积法、电化学法等。

其中,热解法是最早发现并用于碳纳米管生长的方法。

该方法的原理是在一定温度下,将一定的碳源(如甲烷、乙炔等)和催化剂(如金属镍、铁、钴等)放入反应釜中,通过化学反应得到碳纳米管。

该方法制备的碳纳米管品质较高,但操作复杂,设备成本高。

化学气相沉积法是目前常用的制备碳纳米管的方法之一。

该方法在高温和高压的条件下,将碳源和催化剂引入反应釜,形成气相反应,得到碳纳米管。

该方法制备的碳纳米管品质较好,且操作简单,设备成本相对较低。

电化学法是新近发展的一种碳纳米管制备方法。

该方法利用电化学过程,在特定电位下,通过碳源电解得到碳纳米管。

该方法制备的碳纳米管品质较好,且操作简单,设备成本也相对较低。

二、碳纳米管的应用碳纳米管具有优异的力学和电学性能,因此在电子、传感、能源等方面有广泛的应用。

1.电子领域碳纳米管具有比硅和铜更好的导电性和导热性,在微电子器件中有着广泛的应用。

例如,碳纳米管晶体管具有高电流开关和系统响应速度,可以用于高速数据处理和通信系统。

2.生物传感和药物输送领域碳纳米管的比表面积大、生物相容性好、生物荧光性强等优点,使得其在生物传感和药物输送领域有广泛的应用。

例如,利用碳纳米管在胶体中的性质,可以制备高度灵敏的生物传感器和药物递送系统。

3.能源领域由于碳纳米管具有高导电性和导热性能,可以用于制备高效的电池、超级电容器、太阳能电池等。

例如,采用碳纳米管作为电极材料,可以制备高性能的锂离子电池。

三、石墨烯的制备石墨烯是由碳元素构成的单层蜂窝状结构,具有极高的强度和导电性。

碳纳米材料的电化学性能研究

碳纳米材料的电化学性能研究

碳纳米材料的电化学性能研究在过去的几十年中,纳米科学和纳米技术的发展引起了巨大关注。

纳米材料因其独特的物理和化学特性,被广泛应用于各个领域,包括电子、能源、催化等。

碳纳米材料作为一类重要的纳米材料,在电化学领域展现出了巨大的潜力。

本文将重点介绍碳纳米材料的电化学性能研究,并探讨其在能源存储和转换领域的应用。

一、碳纳米材料的种类及制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米结构材料,具有高度的晶体结构和表面活性。

常见的碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳等。

碳纳米管具有优异的导电性和力学性能,在电催化、电池和超级电容器等领域有广泛的应用。

石墨烯是由碳原子构成的单层薄片,具有高度的导电性和导热性,在电极材料和催化剂中有广泛的应用。

纳米多孔碳具有大比表面积和高孔容量,可用于储能、分离和催化等方面。

碳纳米材料的制备方法多种多样,常见的方法包括化学气相沉积、机械剥离法和热处理法等。

化学气相沉积是一种常用的碳纳米管制备方法,通过将碳源在高温下分解,碳原子重新排列形成碳纳米管。

机械剥离法是制备石墨烯的一种有效方法,通过对石墨进行机械剥离,获得单层的石墨烯。

热处理法是一种制备纳米多孔碳的方法,通过选择合适的碳源和炭化温度,在高温下形成多孔的碳材料。

二、碳纳米材料的电化学性能研究方法为了充分发挥碳纳米材料的优异性能,在电化学应用中需要深入研究其电化学性能。

常用的研究方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等。

扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以用于观察碳纳米材料的形貌和结构特征。

通过SEM和TEM的观察,可以了解碳纳米材料的形貌、尺寸和分散性等。

X射线衍射可以用于分析碳纳米材料的晶体结构和晶格常数,从而得到其晶体学信息。

电化学测试是评估碳纳米材料电化学性能的重要方法。

常见的电化学测试包括循环伏安法(CV)、恒流充放电测试、交流阻抗谱(EIS)等。

循环伏安法可以通过对碳纳米材料施加不同的电压,得到材料的电流-电压曲线,从而了解其电化学活性和电子传递性能。

碳纳米管有什么用途

碳纳米管有什么用途

碳纳米管有什么用途碳纳米管是由碳原子构成的一种纳米级管状结构物质。

它的独特物理性质使得碳纳米管在多个领域具有广泛的应用前景。

以下是关于碳纳米管的用途的详细说明:1. 纳米电子学:碳纳米管具有优异的电子输运性能,可以用作高性能电子器件的绝佳材料。

它们可以用于制造超薄和高速的晶体管、场效应晶体管和透明导电薄膜等。

因为碳纳米管是单层或多层的碳原子排列成管状结构,其载流子的运动速度非常快,因此适合用于高速电子器件。

2. 光电子学:碳纳米管能够用作吸收和发射光的材料。

它们的光学性质可调并且广泛范围,适用于光传感器、光控制器件和高效能光伏器件等领域。

此外,碳纳米管还可用于制造柔性显示器件,因为它们具有高度柔韧性和可弯曲性。

3. 材料增强:由于碳纳米管具有极高的机械强度和刚度,它们可以用作增强材料添加剂,以提高复合材料的力学性能。

将纳米碳管添加到聚合物、陶瓷和金属基体中,可以显著提高材料的强度、刚度和耐磨性。

这些增强的材料可以广泛应用于航空航天、汽车工业、体育用品制造等领域。

4. 储能设备:碳纳米管具有高比表面积和良好的电化学性能,可以用于制造高能量密度和高性能的储能设备,如锂离子电池和超级电容器。

将碳纳米管用作电极材料可以提高储能器件的能量存储和电荷传输效率。

5. 医疗应用:碳纳米管在医学领域具有广泛的应用潜力。

它们可以用作药物传输载体,用于传送药物到特定部位的治疗。

此外,碳纳米管还可以用于生物传感器,用于检测和监测生物标志物,如蛋白质和DNA,以便进行早期疾病诊断和治疗。

总结起来,碳纳米管具有多领域的应用潜力。

它们在纳米电子学、光电子学、材料科学、能源领域和医疗技术等领域都有重要的作用。

随着技术的不断发展和深入研究,碳纳米管的应用前景将不断拓展,并为我们生活的各个方面带来更多创新和进步。

基于碳纳米管的电化学生物传感器的制备与应用的开题报告

基于碳纳米管的电化学生物传感器的制备与应用的开题报告

基于碳纳米管的电化学生物传感器的制备与应用的
开题报告
一、研究背景
电化学生物传感器是将生物材料与传感器相结合的一种新型传感器,具有快速、灵敏、高效、精确等优点,被广泛应用于生命科学、医学等
领域。

碳纳米管(CNTs)作为一种新型的纳米材料,具有极高的比表面积、优异的导电性和化学稳定性等优点,在电化学生物传感器的研究中
具有重要应用价值。

二、研究内容
本研究旨在利用碳纳米管作为电化学生物传感器的载体,通过化学
修饰和生物活性分子的固定化,制备出高灵敏、高选择性的碳纳米管电
化学生物传感器,并研究其在生物分析中的应用。

具体研究内容包括:
1. 碳纳米管的制备和表征,包括纯化、分散等步骤,采用扫描电子
显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM) 、原子力显微镜(AFM)等多种表征手段对其进行描述。

2. 碳纳米管的化学修饰,包括氧化、还原、富勒烯包覆等方式,改
善其性质,提高其生物兼容性。

3. 生物活性分子的固定化,包括酶、抗体、核酸等生物分子的修饰
和固定,以形成具有生物识别、高灵敏的传感器。

4. 碳纳米管电化学传感器的性能测试,包括灵敏度、选择性、稳定
性和重复性等指标的测试,并比较不同制备方法的优劣。

5. 碳纳米管电化学生物传感器在生物分析中的应用,包括蛋白质、
细胞、病毒等生物分子的检测和识别。

三、研究意义
本研究通过利用碳纳米管在电化学生物传感器中的应用,开发出一种基于纳米材料的高灵敏、高选择性的生物传感器,具有重要的科研和应用价值。

它可以应用于生物分析、医学诊断、环境监测等领域,为人们的健康和生活带来更大的福祉。

活化碳纳米管及其电化学性能研究

活化碳纳米管及其电化学性能研究

活化碳纳米管及其电化学性能研究最近几年来,随着科学技术的不断发展,关于碳纳米管(CNTs)的研究也迅速增加,其研究一直是化学、材料、物理等多学科间紧密合作的重要研究课题。

碳纳米管是一种新型结构组分,其对未来应用有着重要的意义。

本文通过简要介绍CNTs的组成、结构和特性,后讨论其电化学性能,回顾CNTs在电池、储能、发电、磁记忆中的应用,并介绍了以CNTs为基础的应用前景。

碳纳米管是一种类似于碳纤维的材料,其内部结构非常紧凑,是一种紧密的单壁碳纳米管(SWCNTs)。

它们的直径通常在1-2奈米之间,长度可以达到几十到几百米。

它们的结构由螺旋的单层碳原子环组成,这些环组成了直径比原子环小1.33倍的空心管,称为碳纳米管。

CNTs有着优异的物理性能,它们既有着高强度,又有着低重量,这使得它们能够在很大程度上改善微细加工中的表现。

另外,它们有着非常好的电学性能,如小的电阻、低的电容量和大的电磁保护能力,这使得它们在当今的电子学应用中发挥着重要的作用。

CNTs的电化学性能是其重要的特性之一,目前使用CNTs作为催化剂,可以改善电池、储能装置、发电机以及磁记忆装置的技术性能。

例如,CNTs可以改善电池的能量密度,提高其可充电/放电效率,提高它们的安全性和稳定性,还可以抵抗惯性和热效应。

另外,CNTs还可以用于改善发电机的效率,从而更高效地捕获能量。

类似地,CNTs也可以改善储能装置的容量和效率,使其能够以更低的成本起到储能作用。

此外,CNTs也可以用于改善磁记忆装置的稳定性和能量效率,使其能够应用于无线网络。

未来,CNTs的应用将进一步扩展,广泛的应用于能源和电子技术领域。

由于这种材料的优异特性,以及其能够提供新型催化剂或电极材料,对其应用可能更加广泛。

此外,结合其稳定性、电导性和光学性能,以及在化学反应中的卓越性能,CNTs可作为催化剂,用于无机化学及生物化学反应,从而改变未来许多领域的技术性能。

总之,CNTs具有优异的电化学性能,可以用于改善电池、储能、发电和磁记忆等方面的性能。

碳纳米管尺寸对电化学活性的影响

碳纳米管尺寸对电化学活性的影响

如表可见,由不同管径的 如表可见,由不同管径的MWNT 制得的玻碳修饰电 极,其Epa、Epc及△EP仅略有差别. 实验还发现这 仅略有差别 4 种修饰电极对尿酸、多巴胺和还原型辅酶 种修饰电极对尿酸、多巴胺和还原型辅酶I (NADH)等生物小分子的电催化的氧化峰电位 ) 也基本相同. 据此可知, 也基本相同 据此可知,MWNT 管径的大小对其 修饰电极电化学活性的影响甚小,且无明显规律. 修饰电极电化学活性的影响甚小,且无明显规律
关Hale Waihona Puke 。 关注。碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成 碳纳米管具有典型的层状中空结构特征 构成 碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的 管身是准圆管结构, 管身是准圆管结构,并且大多数由五边形截面所 组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 组成。管身由六边形碳环微结构单元组成 端帽部 分由含五边形的碳环组成的多边形结构, 分由含五边形的碳环组成的多边形结构,或者称 为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构( 为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构(径 向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、 向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、管子 两端基本上都封口)的一维量子材料。 两端基本上都封口)的一维量子材料。它主要由 呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴 圆管。 圆管。
2.结果与讨论 结果与讨论 管径对多壁碳纳米管修饰电极电化学行为的影响 列出4 种同一管长( )、不同管径的 表1 列出 种同一管长(5 ~ 15µm)、不同管径的 )、 多壁碳纳米管/ 修饰电极在5 多壁碳纳米管 GC 修饰电极在 mmoI / LK3Fe (CN)6 / 0. l moI / L KCI 溶液中循环伏安扫描 ) 扫速为0. 的氧化/ (扫速为 l V·s-l)的氧化 还原峰电位及其峰电 位差. 位差

碳纳米管的物理性质和应用

碳纳米管的物理性质和应用

碳纳米管的物理性质和应用碳纳米管是一种由一层或多层碳原子组成的管状结构。

它的直径只有几纳米,但却可以达到几毫米长。

由于碳纳米管具有独特的结构和物理性质,因此它被广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域。

本文将重点介绍碳纳米管的物理性质和应用。

一、物理性质碳纳米管是一种具有高度强度和刚度的材料。

它的强度是钢的百倍以上,而其弹性模量则是钢的两倍以上。

此外,碳纳米管还具有优异的导电、导热和光学性质。

它的导电性能比铜好,而其导热性能则比铜好几倍。

碳纳米管还可用于制备透明电极和红外传感器等。

碳纳米管还具有独特的磁性和光学性质。

它可以表现出金属、半导体或半金属等不同的电子结构,并在不同颜色的光下呈现出不同的吸收和发射现象。

这些特性为研究碳纳米管的物理性质提供了更多的可能。

二、应用领域1. 电子领域由于碳纳米管的导电性能好,因此它已被广泛应用于电子领域。

碳纳米管可以被用作晶体管管道、热发电装置、场发射器、高频电子器件和电磁屏蔽材料等。

此外,碳纳米管还具有较高的电化学反应活性,可用于电化学传感器和电池。

2. 化学领域碳纳米管还可用于催化反应。

碳纳米管可以作为高效催化剂,可用于水的分解、制备氢气或是催化有机反应等。

同时,碳纳米管还可以用于填充或包装小分子,制备新型纳米材料。

3. 生物和医学领域由于碳纳米管的直径趋近于细胞和大分子水平,因此它可以作为纳米生物材料应用于生物学和医学研究中。

碳纳米管可以用于药物的传递和释放、生物成像、基因测序、组织修复和细胞治疗等领域。

4. 环境领域碳纳米管还可用于环境领域。

在废水处理中,碳纳米管可用于吸附或催化降解废水中的化学物质。

在环境检测中,碳纳米管可用于传感器的制备,用于检测有机和无机污染物质。

结论通过对碳纳米管的物理性质和应用领域的介绍,可以发现碳纳米管是一种相当特殊的材料。

尽管随着研究的深入,我们对碳纳米管的了解还有很大的提升空间,但通过不断地研究和开发,相信碳纳米管将在更多领域得到应用。

电化学沉积碳纳米管

电化学沉积碳纳米管

电化学沉积碳纳米管一、电化学沉积碳纳米管:这是什么鬼?你知道碳纳米管吗?听着就觉得很高大上,对吧?它就是一种超级小的管状物质,直径比头发丝还要细,甚至比细菌还要小。

可是,别小看它,这个小东西的强度可是能与钢铁相媲美,而且导电性、导热性也好得不得了,拿它做材料,简直是科技界的“黑马”。

这个神奇的东西是怎么制造出来的呢?你肯定也好奇吧。

嗯,说白了,就是通过电化学沉积的方法来“种”出这些碳纳米管。

是不是听起来有点神秘?其实不难理解,简单点说,就是利用电流在电解液中让碳原子“沉积”下来,慢慢地就形成了碳纳米管。

简单粗暴,但效果惊人!你可以想象,这就像是用一根电流“魔棒”把一堆碳原子一点点堆叠成纳米管一样。

是不是觉得很酷?没错,这就是现代科技的魅力。

二、如何做到电化学沉积?你可能在想,这个电化学沉积听起来好像很复杂,其实说白了,就是用电流去“吸引”碳元素,最后把它们按照一定的规律排列成形。

想象一下,在水中加入一些化学物质,就像往锅里放油,油热了之后,你开始用筷子搅拌,那些小小的碳原子就会顺着电场的作用力慢慢聚集在电极上。

这个过程,既有点像做糖果,也有点像做菜。

电化学沉积的核心,就是利用电流的力量,让碳元素沉积在电极上。

其实不复杂,主要看温度、酸碱度、浓度这些因素怎么控制。

就像你做菜时调味一样,一旦掌握了火候和配料的比例,做出来的菜才会好吃,沉积的碳纳米管才会完美。

电化学沉积这项技术的精髓在于,它不仅能在特定的电极表面形成纳米管,而且还可以控制这些纳米管的形态、长度、方向,甚至是它们的排列方式。

你可以把它当作一项“定制”服务。

听着是不是有点“高大上”?实际上,它就是通过调节电流的强度、电解液的成分等条件,来把这些碳纳米管“雕刻”成你想要的样子。

可以这么说,电化学沉积就像是把碳纳米管从无到有地打造出来,一点一点地积累,最终形成了这堆微小的“管状物”,就像是给它们“加了油”,让它们生长起来。

三、电化学沉积的优势:不怕麻烦,才有“家伙”!电化学沉积法的优势可大了!它的操作简单,成本低。

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碳纳米管在电化学中的应用【摘要】对碳纳米管修饰电极的制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发展趋势作比较全面的综述。

【关键词】碳纳米管;化学修饰电极Application of the Carbon nanotube inelectrochemistryAbstract The methods of preparation, applications and developing trends of carbon nanotube modified electrodes in the field of electrochemistry were reviewed.Key words Electrochemistry Carbon nanotube modified electrodes碳纳米管,又名巴基管(buckytube),是1991年由日本科学家饭岛澄男(Sumio Iijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。

它以特有的力学、电学和化学性质,以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值,迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。

目前,碳纳米管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究方兴未艾,在一些方面已取得重大突破。

碳纳米管(CNT)的发现,开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。

由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积,可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象,因此被广泛用于修饰电极的研究。

碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。

碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。

1碳纳米管的分类CNT属于富勒碳系,管状无缝中空,具有完整的分子结构,由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成,其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合,各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭。

CNT的径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,具有较大的长径比。

由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(SWNT),制备时管径可控,一般在1~6 nm之间,当管径>6 nm后CNT 结构不稳定,易塌陷。

SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。

由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管(MWNT),层间距约为0.34 nm。

MWNT 管径约为几个纳米到几十个纳米,长度一般在微米级,最长者可达毫米级(图1)。

图1 碳纳米管结构图2 碳纳米管修饰电极的制备方法用通常方法制备出的CNT 样品一般都含有金属催化剂颗粒和无定形碳等杂质,所以应用前需要经过纯化步骤。

纯化后的CNT 通常是一种相互缠绕的,找不到终端的线团状结构,管壁间因存在强的范德华力而极易发生团聚且不溶于任何溶剂,这些既不利于其在电极表面的修饰也不利于修饰后其优点的发挥。

人们一般采用化学剪切和对CNT 进行修饰的方法解决这些问题。

制备碳纳米管修饰电极的方法很多,这里介绍常用的几种方法。

2.1 涂膜法把分散好的CNT 滴涂到基底玻碳、石墨、碳糊和金等电极上,然后自然晾干或红外灯烘烤挥发去溶剂/分散剂。

目前此法最为常用。

邹如意[1]等以丙酮为分散剂,滴涂完后在氮气氛中自然晾干。

考察修饰剂(CNT 的分散液)的用量对电极性能的影响,发现修饰剂的量太大时,造成膜层太厚,因而阻碍电子的传递,使电极的性能变差。

胡圣水[2]等以DHP 为分散剂,滴涂完后在红外灯下烤干,同样发现修饰剂的量太大时电极的性能变差。

这就意味着无论是晾干还是烘烤都不能把分散剂全部挥发掉,其残留量将对修饰效果产生不可忽视的影响。

单壁碳纳米管直径为1-6 nm 多壁碳纳米管 直径 nm → μm2.2 电聚合法Hughes[3]等将羧基化的CNT分散在吡咯单体溶液中,通过电聚合制备了MWNT-Ppy复合膜修饰电极。

其成功基于CNT上的羧基在溶液中失去质子而带负电荷,在吡咯阳极氧化过程中进行掺杂,从而共聚在电极表面。

2.3 嵌入法王宗花[4]等把预处理好的石墨电极在CNT上研磨,借助机械力、化学和物理的吸附作用把CNT附着在电极表面。

通过与涂膜法制备的修饰电极做对比,发现嵌入法制备的电极呈现出更好的特性,不但对多巴胺和抗坏血酸有更强的电催化性,而且还能使两者的峰电位分开。

2.4 吸附法陈荣生[5]等认为,由于CNT与碳纤维都有类似石墨的平面结构,所以CNT可以吸附在碳纤维表面形成较强的分子间力。

他们制得的修饰电极可以用水直接冲洗而不影响活性。

2.5 层层自组装法Lanqun Mao[6]等利用层层自组装的方法制作了(PDDA/MWNT)5/GC修饰电极,实现了在AA存在下对DA的选择性测定,该CNT多层修饰膜在电极表面均匀分布,性质稳定,组装后CNT仍保留了较高的电催化行为。

3碳纳米管在电化学方面的应用3.1 碳纳米管修饰电极在神经递质分析中的应用多巴胺(DA)是一种重要的儿茶酚胺类神经递质,也是碳纳米管修饰电极研究中涉及最多的对象之一。

采用CNT修饰电极能明显改善DA在常规电极上过电位高、电极反应缓慢、灵敏度低等问题。

此外,该类电极还对其共存物抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)等有很好的电分离能力。

Britto[7]等首先将碳纳米管制成电极并用于对神经递质多巴胺的电催化氧化,开辟碳纳米管应用的新领域。

多巴胺在这种碳纳米管电极上能发生可逆的两电子电化学反应,其反应的表观速率常数为0.17 cm-1,说明碳纳米管对多巴胺电化学反应具有很好的电催化作用。

王宗花[4]等在多巴胺和抗坏血酸共存时进行两种物质的同时测定,并对电催化机理进行探讨。

实验结果都表明用电化学方法可以将两者分离开。

而且峰电流强度与浓度呈线性关系,检出限也较低。

在裸玻碳或金电极上,AA对DA的测定有干扰是生物分析中困扰人们的问题之一。

在碳纳米管修饰电极上,AA优先于DA被氧化,AA在电极上没有吸附作用,不会对随后DA的氧化产生干扰,从而消除AA对DA测定的影响。

胡陈果等[8]研究多巴胺在不同裸电极及相应CNT修饰电极上的循环伏安行为,发现在CNT修饰电极上的峰电流增大很多,而且可逆性也得到极大改善。

3.2 碳纳米管修饰电极用于蛋白质的电化学研究由于蛋白质分子的电活性中心往往深埋在其分子结构的内部,难以直接在电极表面发生电子转移。

因此,要实现蛋白质分子的电化学过程就需要使其活性中心尽量靠近电极表面。

碳纳米管修饰电极上的CNT可作为一种良好的促进剂来加速电子的传递,从而能有效地改善蛋白质在电极上的电子转移,实现对蛋白质的直接电化学研究。

Musameh[9]等研究碳纳米管电极对辅酶I(NADH)电化学氧化的催化作用,表明NADH在碳纳米管电极上于-50 mV就能发生氧化反应,使其氧化过电位降低了490 mV,稳定性很好,可用于NADH的定量测定。

Zhao[10]等研究了辣根过氧化物酶(HRP)在CNT修饰电极上的直接电化学行为。

他们认为CNT可以直接电子传递,一方而是因为CNT的表面缺陷导致了较高的表面活性,有利于酶和碳管之间的电子传递;另一方面CNT独特的纳米结构起到了“分子导线”的作用,将电子传递到酶的氧化还原中心。

Anthony[11]等研究了GOD在SWNT 上的直接电子传递,提出了以下假说:在GOD的吸附过程中,由于SWNT的纳米级拓扑结构以及和酶具有相似的长度尺寸,允许酶吸附且不会改变其整体的生物学形状和功能,并且SWNT靠近酶的活性中心,在其电子隧道距离以内。

这种情况和用一根长的尖锐的针刺入气球而球并未破裂类似。

针一旦刺入了球的外皮,就能与球的内部发生相互作用。

同样,一些SWNT能够刺穿包裹在GOD外面的糖蛋白外壳而达到氧化还原活性中心,进行直接电子传递。

王酉等[12]在丝网印刷碳糊电极上利用吸附法将葡萄糖氧化酶固定在丝网印刷的碳糊电极上,用碳纳米管对电极进行修饰改良,铁氰化钾作为电子传递剂,制作用于测量人体血浆中葡萄糖浓度的生物传感器。

该葡萄糖传感器的响应时间仅为5 s,响应电流范围为1.2~30 μA,线性测量范围为1~33.3 m/mol,用碳纳米管修饰酶电极,改善了电极表面条件,加快了电极反应速度,提高了传感器的灵敏度。

与无修饰的传感器相比,通过碳纳米管修饰电极,葡萄糖传感器的灵敏度从0.3338 μA/mM提高到0.8432 μA/mmol。

Zhang等[13]利用0.5%的壳聚糖可以均匀地分散0.5~3.0 mg/mL CNTs,分散后的CNTs包埋葡萄糖脱氢酶在还原性辅酶(NADH)的存在下对葡萄糖的含量进行了测定,响应时间小于5 s。

同时由于壳聚糖具有良好的成膜能力和生物相容性,所得的传感器具有良好的稳定性和抗干扰能力。

刘润等[14]利用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶(AChE)和牛血清白蛋白固定在羧基化多壁碳纳米管修饰玻碳电极表面,制备了可应用于检测有机磷农药的新型安培型生物传感器,并确定了最佳工作条件。

该方法具有良好的重现性和回收率。

当辛硫磷及氧化乐果的浓度分别在5.0×10-4~5.0×10-1 g/L 和1.0×10-3~5.0×10-1 g/L 范围内时,抑制率与其浓度的对数呈线性关系,检出限按抑制率为10%时的农药浓度计算,可分别达到3.6×10-4 g/L 和5.9×10-4 g/L,效果令人满意。

3.3 碳纳米管修饰电极用于核酸的电化学研究核酸是重要的生命物质基础,与蛋白质分子不同,核酸具有典型的π电子堆积结构,表现出特有的电学及电化学性质。

可利用核酸分子的电学特性和电化学性质对核酸的含量及杂交过程进行监测。

Wu等[15]研究表明,CNT修饰电极对组成DNA的两种主要碱基——腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)的氧化表现出一定的催化作用,能显著提高它们的氧化峰电流并降低氧化过电位,可用于DNA中两种碱基的同时测定。

方禹之等[16]研究了腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)和DNA在MWNT修饰电极上的电化学行为,并用分子杂交技术探讨了DNA在修饰电极上的识别。

近来,利用CNT的特性,DNA在CNT或CNT修饰的固体电极上的电化学行为与应用得到了广泛研究。

概括来讲,主要集中在3个大的方向:一是把DNA探针固定在具有大比表面积和强吸附性的CNT上制备杂交传感器;二是研究DNA上电活性部分在CNT或CNT修饰电极上的直接电化学行为;三是通过分析CNT与DNA的相互作用获得DNA的序列信息。

随着制作工艺的改进和制备/修饰电极前处理技术的进一步提高,CNT有望使DNA生物传感器的综合性能得到更大完善。

3.4 对其他物质的电化学测试分析CNT修饰电极还广泛用于嘌呤及其代谢物、生物碱、药物、氨基酸等的研究中。

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