新型碳納米材料在電化學中的應用

申玉坦 蔡博瑩(河南師范大學，河南 新鄉 453007)

碳納米技術開始于20 世紀90 年代，它的呈現使國家經濟有了很大的改善和提高。它的內部結構屬于層次類型的，在催化和器件領域可以表現出特殊的化學性質。與此同時，新型納米材料出現于石墨烯和納米管之后，現在新型碳納米材料成為許多研究領域的一個熱點。新型納米材料的應用研究領域非常多。在我國，針對碳納米的制作方法有很多，比如：氣體熱解法、相關沉淀法。總之，納米類質料的實際應用一直呈現上升的狀態，如，電化學類研究、器件領域、交通領域、環境監控范疇等。

1 基本類別

在自然界中，碳元素與人類的生活息息相關，它具有多種電子軌道特點，在化學研究中，我們知道碳是單一元素，它可以形成金剛石，石墨，納米管等等。而碳納米材料中最多成分就是碳元素。碳納米材料是由許多直徑小于100 納米的碳材料組成，即由許多小型碳原子和其它類型原子形成，碳納米材料中對應的孔為納米孔。因為它多種不同的特點，則三種不同種類如下。

針對碳納米管來說，它屬于一種管體，它是由石墨片形成的，所以它可以分為單壁，多壁、雙壁三種類型。碳納米管的優勢是：它的純度提取方式十分簡略；且納米管的純度高；它的價格比較低廉。相反的，它相應的缺陷為：制作過程中對相關設備的應用要求很高；納米管之間的對接比較復雜；它的功率消耗比較大。針對纖維型納米來說，碳納米纖維的質量密度大于鋼的質量密度，同時也小于鋁的質量密度，其重量是鐵的十幾倍，所以碳納米纖維具有許多的優點，分別為：強力非常大；其化學性質十分穩定；其耐腐蝕性能好；能抵御較強的輻射；具有除臭的性能等等。同時，它也有少許缺陷，如：初期設計成本十分高；纖維型納米的研究應用范圍不多。

納米碳球依據不同尺寸分為三種類型。當納米碳球直徑大于2 納米且小于20 納米時，它的石墨層屬于封閉狀態，如C70，C60 等等；當納米碳球直徑大于50 納米且小于1 微米時，這時納米碳球均屬于未完全石墨化的碳球；當納米碳球直徑大于51 微米時，納米碳球屬于碳微球狀態。其次，也可以根據結構層次劃分，例如多孔型碳球、空心類碳球等等。

2 主要應用

由于新型碳納米材料具有較高的比表面積和良好的融合性，所以新型碳納米材料可以被用于電化學研究中。在電化學研究領域，研究最廣泛的就屬于生物傳感器，由于新型碳納米材料具有較強的活動性和吸附性，所以碳納米材料適合生物傳感器的研究。其運用介紹如下。

相關研究表明，一些生物小分子的生物活性可以由碳納米材料增強，因為碳納米材料可以促進小分子中酶的相關活性，也可以增強小分子中DAN 的吸附能力。新型納米管可以作為一個小型載體，其作用是負載一些金屬顆粒和相關類型的酶，且金屬必須具有良好的導電性能。由于碳納米材料的不同特性，所以電化學傳感器可以分為三種類型，分別如下。

(1)新型碳納米材料承載酶 一些研究者用添加氮的碳納米材料來承載相關溶液中的一些液體濃度；也有人將納米材料固定在電極的一端，使用相關的鏈接酶作用在碳納米材料的另外一端，從而碳納米材料作為一個中間部分，形成了電極與酶的電化學反應。

(2)碳納米材料承載物質與納米顆粒之間的融合 新型碳納米材料具有良好的導電性能，且它是一個很好的承載體，所以將納米材料和相關催化劑融合是一個不錯的創新，有研究者用新型碳納米材料結合鉑來檢測不同類型的激素；也有研究者將納米材料和聚苯胺結合后，將其結合體作為測量化學中亞硝酸鹽的相關濃度問題。

(3)碳納米可用作相關電極的質料 由于新型碳納米材料具有非常好的電催化性，所以用來制作電化學傳感器是非常合適的。例如，相關研究人員用碳納米材料來檢測電極溶液水中相關元素的含量問題；在另一方面，也可以利用碳納米材料來檢測相關的細胞色素問題。

可以總結出，電化學傳感器由碳納米材料制作成，所以電化學傳感器屬于新一類的檢測類裝備，而且電化學傳感器屬于體積小，操作十分簡單的一類設備。但是，碳納米材料在電化學傳感器上的應用時間不長，它只是構成傳感器的基礎部分，為了使電化學傳感器的功能更加穩定安全，我們需要做到幾點，將納米材料不斷的優化改進，此外，我們還需要不斷發掘更多的碳納米材料，然后和已存在的碳納米材料進行對比和結合，再次應用到傳感器的改進中。

3 結語

因為新型碳納米質料具有許多優點，以致于它被應用到電化學傳感器的相關研究中。迄今為止，隨著新型碳納米材料在電化學中的研究，大量有關納米材料的實踐經驗和理論知識涌現出來，這些理論知識對碳納米材料的應用研究十分有益。

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