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详解三维石墨烯传感器

导读: 电极是电化学传感器的核心材料。由于碳材料(活性炭,玻璃碳,碳纳米管和石墨等)具有导电性、化学稳定性且易加工等特点,已被广泛地应用于电化学电极材料之中。而石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料,拥有更加优异的导电性能和极高的比表面积,现已成为新型碳材料电极的最佳选择。

  OFweek电源网:电极是电化学传感器的核心材料。由于碳材料(活性炭,玻璃碳,碳纳米管和石墨等)具有导电性、化学稳定性且易加工等特点,已被广泛地应用于电化学电极材料之中。而石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料,拥有更加优异的导电性能和极高的比表面积,现已成为新型碳材料电极的最佳选择。

  新加坡南洋理工大学张华教授的课题组对氧化石墨烯的功能化修饰及其在电化学方面的应用做出了较多的探讨与研究,他们的工作也进一步肯定了石墨烯在电化学上具有广阔的应用前景。在2011年时,张教授的课题组就研制出了一种具有三维结构的新型石墨烯材料,并将其应用于电化学电容器(超级电容器)。该材料利用化学气相沉积法并在高温反应下合成而出。这种新材料不仅具备极低的缺陷密度和优异的导电性能,而其三维多孔的结构增加了电极的比表面积,这有助于沉积在其表面的活性物质与电解质离子快速的接触。值得指出的是,与传统的基于氧化石墨烯制备石电极材料不同,他们的方法可以避免氧化石墨烯片在制备电极过程中相互堆积从而确保石墨烯的高比表面积特性。此外,从泡沫镍上直接析出的三维石墨烯与集电极之间拥有极佳的电学接触,因此成为了一个有效的媒介将电荷快速地从活性物质向集电极传输。

三维石墨烯传感器

三维石墨烯结构

  三维石墨烯材料在电化学电容器上的成功应用,激励了张教授的团队继续探讨该种新型材料在其他领域中的应用。三维石墨烯材料优秀的导电性能、快速的电荷传输特性及三维多孔结构等特性都是一个电化学传感器电极所需要的,由此他们预测三维石墨烯材料也可以应用于电化学传感器之中,而通过对三维石墨烯的进一步功能化修饰还可能进一步提高传感器的性能。

三维石墨烯传感器

  张教授在接受采访时说:“该项目我们是从2011年6月开始,到2012年3月结束。在研究初期,我们曾计划用原位合成的方式,采用化学气相沉积法将碳纳米管直接生长在三维石墨烯表面,来得到三维石墨烯/碳纳米管复合材料。但是由于催化剂纳米颗粒难以完全去除,影响到电化学传感器的测试结果,因此我们后期采用了电泳法将商业化的多壁碳纳米管沉积在石墨烯表面来制备三维石墨烯/碳纳米管的复合材料。”

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