球磨剥离法:石墨烯的可控电化学及传感应用

时间:2019-07-05 14:46来源:聚碳作者:聚碳 点击:
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摘要:石墨烯作为一种具有独特的电学、热力学、机械性能等特性的二维材料,已经被广泛应用于材料科学和电化学领域。

关键字:球磨,离法,石墨,可控,电化学,传感,应用

石墨烯作为一种具有独特的电学、热力学、机械性能等特性的二维材料,已经被广泛应用于材料科学和电化学领域。自2004年石墨烯问世以来,涌现出了大量制备石墨烯的方法,这些制备方法大体可分为两类:自下而上法及自上而下法。自上而下的方法,诸如球磨剥离,超声剥离、电化学剥离、化学氧化剥离等,大多是利用物理或化学的手段去克服石墨层间的范德华力,从而获得超薄的石墨烯纳米片。

相比于自下而上制备石墨烯的方法(化学气相沉积、外延生长等),自上而下法更有可能实现石墨烯的大规模生产。在目前所报道的自上而下方法中,球磨剥离法吸引了人们广泛的注意。球磨剥离法是利用研磨球高速运动产生的剪切力来破坏石墨层间的范德华力,是一种能够同时兼顾石墨烯高产率和高品质的制备方法。

毫无疑问,球磨条件(球磨时间、辅助试剂、球磨介质等)对于所获得石墨烯的品质,产率和性能至关重要。然而,迄今为止很少有研究深入探讨球磨条件对石墨烯纳米片结构(尺寸、厚度、边缘缺陷)和本征电化学特性(活性面积,催化能力)的影响规律。与此同时,石墨烯纳米片结构的改变如何影响其电化学传感特性更是尚未阐明。

华中科技大学化学与化工学院吴康兵教授和湖北大学材料科学与工程学院吴灿副教授合作发表了署名文章(Small,2019,1805567),提出了一种简单制备高品质石墨烯的方法,并深入探讨了球磨时间(0 – 16 h)对所得石墨烯纳米片结构和电化学性能的影响规律。研究表明,在水/醇混合溶液中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的辅助下球磨石墨粉,可快速高效获得高品质石墨烯悬浊液。

通过改变球磨时间,可以对石墨烯纳米片的尺寸、形貌、边缘缺陷程度、电化学活性面积和催化能力进行有效调控。随着球磨时间的增加,石墨烯纳米片的尺寸和厚度逐渐减小,边缘缺陷逐渐增加,进而导致石墨烯纳米片电化学活性面积、电子传递特性及催化能力逐步提高。

与此同时,发现获得的石墨烯纳米片对多种环境酚类污染物(对苯二酚,对氯苯酚、对硝基苯酚)显示了高的电化学氧化活性,且其传感特性与球磨时间密切相关。

最后,基于所获得的高活性石墨烯纳米片敏感界面,成功地构建了一种可同时检测对苯二酚,对氯苯酚和对硝基苯酚的高灵敏电化学传感平台,检出限分别达到了0.017, 0.024和0.42 mg L−1。

研究者相信,此项工作丰富了石墨烯纳米片材料电化学性能调控研究领域,为进一步拓展石墨烯的电化学构效关系研究打下了基础,并丰富了其在电化学传感方面的内涵。相关论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201805567)上。论文的第一作者为吴康兵教授课题组博士生李晓宇。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
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