石墨烯修饰电极在测定水体重金属中的应用.docx

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石墨烯修饰电极在测定水体重金属中的应用

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摘要：本文主要介绍了石墨烯材料以及石墨烯修饰电极在金属离子测定中的应用。通过对石墨烯及石墨烯修饰电极的性能优势等特性进行介绍及应用实验探究，加深了对石墨烯及石墨烯修饰电极的认识和了解，详细研究了Pb2+、Cd2+在电极上的电化学行为及其测定条件，并对实验条件进行了优化和总结。

关键词：石墨烯；石墨烯修饰电极；测定溶液中Pb2+、Cd2+

中图分类号：文献标识码：A

1概述

在电化学分析中，有很多种材料可以修饰工作电极，其中石墨烯是目前应用最广泛的材料之一。

1.1石墨烯性质

石墨烯不仅具有比表面积较大的特点，而且导电性良好；石墨烯特有的单层碳原子紧密排列的蜂巢状六方二维结构使其导电性和稳定性表现良好；石墨烯具有较大的比表面积和较好的生物兼容性。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道的方式组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是一种厚度为一个碳原子的二维片状结构的新材料。

石墨烯是目前已知的厚度最薄、硬度最高的纳米材料，它甚至可以被称为是完全透明的，对光的吸收率只有2.3%；它的导热系数高达5300W/m·K，常温下其电子迁移率*超过15000cm2/V·s，而电阻率仅为10-6Ω·cm，低于银或铜等金属，在目前已知的材料中电阻率最小。正因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此有很好的导电性。石墨烯是一种二维晶体材料，而人们常见的石墨是由碳原子按照蜂巢状六角型结构排列形成的平面碳层一层层堆叠构成的，石墨的碳层间相互作用力较小，因此可以轻松将石墨剥离成薄薄的石墨片。当把石墨片剥离至单层后所得到的就是石墨烯。由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

1.2石墨烯修饰电极的优势

将石墨烯用于修饰电极，能够使得电极表现出优良特性：

（1）重现性：使得溶出峰电流的相对标准偏差低；

（2）稳定性：使电极可以有较长的寿命；

（3）选择性：其他离子对溶出峰电流影响小；由此可见石墨烯具有多重的特性可以被利用，是科研工作中难得的好材料。

2石墨烯的制备及其修饰电极的方法

现阶段，石墨烯以及石墨烯修饰电极的制备方法有很多种，下列分别举出几种常见的石墨烯和石墨烯修饰电极的制备方法。

2.1石墨烯的制备方法

受益于制备技术的发展，石墨烯的制备工艺得到优化，制备成本不断的下降，为其工业化生产以及普及提供了条件。现阶段，使用不同方法制备的石墨烯在尺寸、品质等方面也存在一定的差异。目前应用较多的当属以下几种。

2.1.1微机械剥离法

利用此种方法可以获得单层结构完整的石墨烯，但难以实现对尺寸的准确控制，在工业化生产上存在着较大难题。

2.1.2外延生长法

用这种方法获取的石墨烯品质较好，但目前尚未产业化。该法制备过程较为复杂，首先需要利用氧气或氢气对单晶6H-SiC进行刻蚀，然后利用电子轰击加热去除结构中氧化物，最后冷却得到石墨烯。

2.1.3化学气相沉积法

该方法借鉴部分无机材料制备工艺，可以实现对石墨烯气相沉积过程的精准控制，并且生产出来的石墨烯具有面积大、品质好的特点，但该方法能耗较高。该方法生产出来的石墨烯在信息技术产业上的应用相对较多。

2.1.4氧化还原法

该方法是比较常用的方法，用这种方法制备石墨原料成本低、操作简便、质量稳定，适用于规模化生产。但该方法在生产过程中易产生环境污染，生产的石墨烯在结构和电学性能方面存在一定的缺陷，制约其在相关领域的应用。

2.2石墨烯修饰电极的方法

2.2.1电沉积技术

通过电沉积技术制备可以得到石墨烯修饰电极，石墨烯修饰电极是通过循环伏安法制备得到的，原理是将溶液中的石墨烯氧化物电化学还原沉积到玻碳电极上而制成石墨烯修饰电极。

2.2.电解还原

将玻碳电极进行表面抛光处理（可使用不同粒径大小的Al2O3粉及麂皮），然后在无水乙醇和二次蒸馏水中依次超声清洗，烘干。将15ul充分分散的GO悬浮液（1mg/ml)滴加在已经烘干的玻碳电极表面，然后置于常温下晾干。取0.1mol/L的磷酸二氢钾溶液并放入上述电极，设置恒电位-1.50V进行电解还原，约10min后即可制得石墨烯修饰玻碳电极。

石墨烯与石墨烯修饰电极有多种制备的方法，不同的方法制备出的材料有些许差异，实验者需要根据自己所需要的特性选择合适的制备方法制备材料。

3石墨烯的应用

目前石墨烯由于其多种特殊性质，在各个领域都有应用，此处列举了与环境处理有关的应用。

3.1石墨烯在污染物治理中的应用

3.1.1石墨烯处理废水中重金属元素的应用

重金属离子是废水处理和循环使用的难点，石墨烯材料较大的比表面积，可以增加其与水的接触面积，提高吸附废水中的重金属离子的能力。对石墨烯进行修