碳纳米管传感器中的电化学知识及应用

1、碳纳米管传感器中的电化学知识及应用摘要：本文对碳纳米管的发现，碳纳米管电极的制备以及其电化学检测方法进行了文献综述。首先介绍了碳纳米管的发现以及其优异的电化学性能在电极应用中的优势，之后简要列举了制备碳纳米管电极的几种常见方法，最后介绍了碳纳米管电极的电化学检测手段。关键字：碳纳米管 电化学 电极 文献综述1.碳纳米管的发现及应用1991年11月，日本Sumio Iijima1在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了碳纳米管。此次发现的碳纳米管最少由两层石墨烯卷曲而成，因此称之为多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCN

2、Ts）。碳纳米管用作传感器电极材料时, 不仅可将纳米材料本身的物理、化学特性引入传感器, 还具有碳纳米管独特的优异性能:比表面积大、表面活性高、催化效率高、表面带有较多的功能基团等, 能提高生物识别分子的固定效率, 是一种理想的电极材料。因此, 将碳纳米管应用到修饰电极、传感器领域具有广阔的应用前景。2.碳纳米管电极的制备方法22.1电弧蒸发法在真空反应器中充以一定压力的惰性气体或氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，在电弧放电的过程中阳极石墨不断被消耗同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。2.2激光蒸发法该法不仅仅是发现C60的方法，也是合成碳纳米管的一种重要方法。激光蒸发法可

3、以生产高纯度，高结晶度的单壁碳纳米管。2.3化学气相沉积法这是使含碳气体在一定温度下在管式炉中通入气源，在过渡金属催化剂作用下进行催化分解制备碳纳米管的一种方法。包括等离子CVD法，热丝CVD，燃烧火焰法和综合法等等。与电弧蒸发法和激光蒸发法相比较，化学气相沉积法具有可控性更强，利用化学气相沉积法可以合成各种特殊形貌的碳纳米管，如碳纳米管组成的图案、垂直或者平行于基底的碳纳米管阵列等等。3.碳纳米管电极的电化学检测3.1检测装置3为了能够确定电极反应时的电极电位，需在二电极系统的基础上再加上一个已知反应的第三根电极,该系统称为三电极体系。这个第三根电极称为参比电极, 以它为基准可以知道研究电极

4、的电位。 为使电极电位保持稳定, 即将研究电极对参比电极的电位保持在设定的电位上, 通常会使用恒电位仪。它可以在恒定的电位下进行电化学反应。在某一反应时间下也可以按需要改变电极电位，电流-电位曲线可以用X-Y记录仪记录。图 1 三电极法实验装置3.2检测方法43.2.1线性扫描伏安法线性扫描伏安法（linear sweep voltammetry，LSV）是在电极上施加一个线性变化的电压，即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。将线性电位扫描(电位与时间为线性关系)施加于电解池的工作电极和辅助电极之间。工作电极是可极化的微电极，如滴汞电极、静汞电极或其他固体电极；而辅助电

5、极和参比电极则具有相对大的表面积，是不可极化的。其记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。3.2.2循环伏安法它比线性扫描伏安法多了一个回扫，所以称为循环伏安法。根据测定出的曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。4.总结感悟在查阅资料、撰写综述的过程中我发现，虽然碳纳米管在传感器电极中相较于传统材料有着独特的优势，但是受到成本，良品率等问题，目前大多数只停留在实验室阶段。关于此篇综述，相较已有的研究，我从一个学生的角度，将我参与的碳纳米管电极项目和物理化学中的电化学知识联系起来，并用自己较为容易理解和记忆的方式记录下来。对碳纳米管的研究，每一个方向对我来说都是全新的领域。正如牛顿所言“海边捡拾贝壳的孩子”一般，科学是汪洋大海。因此，这次综述的撰写也为我在今后学习中提供了宝贵的经验。参考文献1 Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon J. Nature, 1991, 354(6348):56-58.2 慈立杰, 魏秉庆, 梁吉,等. 碳纳米管的制备J. 新型炭材料, 1998(2):65-71.3 胡陈果. 碳纳米