制備石墨烯基納米復(fù)合材料以及在電分析化學(xué)中的應(yīng)用

阿迪拉·艾爾肯

阿克蘇地區(qū)教育學(xué)院 新疆 阿克蘇 843000

1 石墨烯的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其制備方法簡要分析

1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu) 一般的，石墨是三位層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)石墨的層數(shù)小于10層時，這是在石墨的表面就會呈現(xiàn)出與三維石墨不同的電子狀態(tài)，化學(xué)中便將層數(shù)小于10層的石墨稱之為石墨烯。石墨烯可以依據(jù)其外貌形狀進行分類，一般可將之分為石墨烯納米帶、石墨烯納米片等等，此外，根據(jù)石墨烯的取向也可以進行一定的分類。

1.2 石墨烯的性質(zhì) 石墨烯具有諸多方面的性質(zhì)，例如其物化性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等，首先物化性質(zhì)方面來說，石墨烯是一種天然的層狀材料，作為當(dāng)前已知材料中最薄的一種，石墨烯具有極高的強度。此外，石墨烯還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，在電學(xué)、光學(xué)等方面也具有優(yōu)異的性質(zhì)，正是由于石墨烯優(yōu)良的物化性質(zhì)，其在化學(xué)方面的研究具有十分重要的意義。石墨烯光學(xué)方面的性質(zhì)如下:石墨烯是一個很好的飽和吸收體，這主要是由于石墨烯具有高導(dǎo)電率及兩線性等。

1.3 石墨烯的制備方法 石墨烯的制備方法有很多，當(dāng)前所主要使用的石墨烯制備方法有微機械分離法、化學(xué)氣相沉積法、氧化分散還原法等。所謂微機械分離法，指的是通過機械力從石墨晶體表面剝離出石墨烯的片層，該方法所制備的石墨烯能夠達到微米級別，但由于費時費力，無法大幅度的推廣使用。化學(xué)氣相沉積法則是以金屬為襯底，將含碳化合物置于其上，利用高溫分解得到石墨烯，石墨烯的生長可以人為控制反應(yīng)條件來進行調(diào)控，因而所制得石墨烯符合相應(yīng)得標(biāo)準(zhǔn)。

2 石墨烯基納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及制備方法

2.1 石墨烯基納米復(fù)合材料 當(dāng)前對于石墨烯的制備以及應(yīng)用仍然不斷研究過程中，石墨烯的用途也在不斷擴大，在此過程中，石墨烯基納米復(fù)合材料的發(fā)展逐漸成為石墨烯應(yīng)用發(fā)展最快的方向。石墨烯具有優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能，在使用過程中常被用作復(fù)合材料的增強相。在此過程中，可以將石墨烯與其他材料復(fù)合來制備石墨烯基納米復(fù)合材料，這也是得益于石墨烯與金屬陶瓷等材料之間容易產(chǎn)生較強的相互作用。

2.2 石墨烯基納米復(fù)合材料的制備方法 對于石墨烯基納米復(fù)合材料的制備而言，主要分為兩種方法，分別是共價方法以及非共價方法。所謂共價方法，即氧化石墨還原法在處理過程中所得到的石墨烯含有大量含氧基因，在強酸或是氧化劑作用下能夠形成羥基等化學(xué)基因，而氟容易把石墨烯氟化，由此可以將氨基、羥基等通過取代作用引入到石墨烯的表面。而非共價方法則是石墨烯與帶芳環(huán)的化合物發(fā)生強大的交互作用，氧化后的石墨烯帶負電，因而能夠通過靜電來吸附帶有相反電荷的分子。相較而言，非共價方法更加的穩(wěn)定。

3 石墨烯基納米復(fù)合材料在電分析化學(xué)中的應(yīng)用分析

3.1 石墨烯基納米復(fù)合材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用 石墨烯基納米復(fù)合材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用極為廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有過氧化酶傳感器、葡萄糖氧化酶傳感器以及免疫生物傳感器。石墨烯基納米復(fù)合材料可以用于過氧化氫生物傳感器，在簡單的混合中組合出復(fù)合膜電極，單層石墨烯能提供比較良好的微生物環(huán)境以實現(xiàn)酶的固定，并提供了恰當(dāng)?shù)碾娮觽鬟f間隔，這就使石墨烯基納米復(fù)合材料能廣泛的用在電化學(xué)生物傳感器中。石墨烯基納米復(fù)合材料在葡萄糖氧化酶傳感器方面的應(yīng)用也是當(dāng)前比較重要的研究對象之一，石墨烯納米復(fù)合物固載葡萄糖氧化酶的新型葡萄糖生物傳感器可以構(gòu)建酶固載基質(zhì)，同時還能夠與石墨烯等進行結(jié)合，由此來提升生物傳感性能。由此所得到的石墨能夠?qū)^氧化氫起到明顯的催化作用，表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)。由此可見，石墨以及納米金的協(xié)同效應(yīng)能夠很好的促進過氧化氫電催化，同時能夠組裝成為葡萄糖生物傳感器，其穩(wěn)定性以及高度的靈敏性也能夠擴展到其他生物大分子的應(yīng)用。

3.2 石墨烯基納米復(fù)合材料在其他方面的應(yīng)用 除了在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用外，石墨烯基納米復(fù)合材料還能夠用于蛋白質(zhì)、葡萄糖的檢測之中，在葡萄糖的檢測中，主要是研究出了葡萄糖氧化酶-石墨烯-殼聚糖，該修飾電極可以靈敏地檢測葡萄糖。其主要應(yīng)用原理是石墨烯的大比表面積以及高導(dǎo)電性為酶提供了良好的環(huán)境，同時生物傳感器對葡萄糖有著較高靈敏度，在檢測的過程中不容易出現(xiàn)錯誤。總的來說，石墨烯基納米復(fù)合材料還能夠用于檢測過氧化氫、病原體等，可見其應(yīng)用范圍之廣。

4 結(jié)束語

本文針對石墨烯基納米復(fù)合材料的制備與應(yīng)用進行了簡單介紹，主要針對石墨烯的性質(zhì)、制備方法以及石墨烯納米復(fù)合材料的制備及應(yīng)用進行了介紹，由此可見石墨烯基納米復(fù)合材料的發(fā)展前景極為廣闊，也是未來研究的重要方向。教育學(xué)院培養(yǎng)的都是未來的教師，可以在課程中加入部分石墨烯的內(nèi)容作為補充的知識點，便于他們未來深入學(xué)習(xí)。