制備石墨烯基納米復合材料以及在電分析化學中的應(yīng)用

阿迪拉·艾爾肯

阿克蘇地區(qū)教育學院 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)、光學性質(zhì)、力學性質(zhì)、熱學性質(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)良的導電性，在電學、光學等方面也具有優(yōu)異的性質(zhì)，正是由于石墨烯優(yōu)良的物化性質(zhì)，其在化學方面的研究具有十分重要的意義。石墨烯光學方面的性質(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，當前所主要使用的石墨烯制備方法有微機械分離法、化學氣相沉積法、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)得標準。

2 石墨烯基納米復合材料的結(jié)構(gòu)及制備方法

2.1 石墨烯基納米復合材料 當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、熱學、電學等性能，在使用過程中常被用作復合材料的增強相。在此過程中，可以將石墨烯與其他材料復合來制備石墨烯基納米復合材料，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 石墨烯基納米復合材料的制備方法 對于石墨烯基納米復合材料的制備而言，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 石墨烯基納米復合材料在電分析化學中的應(yīng)用分析

3.1 石墨烯基納米復合材料在電化學生物傳感器中的應(yīng)用 石墨烯基納米復合材料在電化學生物傳感器中的應(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?shù)碾娮觽鬟f間隔，這就使石墨烯基納米復合材料能廣泛的用在電化學生物傳感器中。石墨烯基納米復合材料在葡萄糖氧化酶傳感器方面的應(yīng)用也是當前比較重要的研究對象之一，石墨烯納米復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 石墨烯基納米復合材料在其他方面的應(yīng)用 除了在電化學生物傳感器中的應(yīng)用外，石墨烯基納米復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?？偟膩碚f，石墨烯基納米復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習。