石墨烯及其纳米复合物在电化学领域的应用.pdfVIP

2012年 11月 南 京 晓 庄 学 院学 报 N0v．2012 第6期 JOURNALOFNANJINGXIAOZHUANGUNIVERSIrY No．6 石墨烯及其纳米复合物在电化学领域的应用 胡耀娟 ，蔡称心 ， (1．南京晓庄学院 生物化工与环境1Ii程学院，江苏 南京 211171；2．南京师范大学 化学与材料科学学院，江苏 南京210023) 摘 要：石墨烯是新近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料，它的特殊单原子层结构使 其具有许多独特的物理化学性质，有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之 一 ． 该文仅就 目前石墨烯及其纳米复合物在生物 电化学、燃料 电池以及其他化学电源领域的应用作 一 综述，并对石墨烯在相关领域的应用前景做 了展望． 关键词：石墨烯；石墨烯基纳米复合物；生物 电化学；燃料 电池；化学电源 中图分类号：TB321 文献标识码 ：A 文章编号：1009—7902(2012)06—0043—07 相连，即碳原子通过很强的 键与相邻 的3个碳原 0 引言 子连接 ，这些很强的C—C键使石墨烯片具有很好 2004年 Manchester大学的Geim小组首次利用 的刚性结构，剩余的1个 P电子轨道垂直于石墨烯 机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶 平面，与周围的原子形成 竹键，每个碳原子贡献一 体——石墨烯 (Graphene=graphite+ene)…，石墨 个未成键的 订电子， 电子可在晶体中自由移动， 烯的发现，充实了碳材料家族 ，形成了从零维的富勒 使石墨烯具有 良好的导 电性 ．另外，石墨烯还具 烯、一维的碳纳米管(CNTs)、二维的石墨烯到三维 有室温量子霍尔效应 (Halleffect) 及室温铁磁 的金刚石和石墨的完整体系．石墨烯是碳原子紧密 性 等特殊性质．由于石墨烯具有 良好的导电性、 堆积成单层二维蜂窝状 (honeycomb)晶格结构的一 生物相容性和较大的比表面积，因此 已广泛应用于 种碳质新材料，是 目前所发现的最薄的二维材 生物电化学、燃料电池以及其他化学电源等领域． 料 ¨．同时，石墨烯是构成其它石墨材料的基本单 I 石墨烯及其纳米复合物在生物 元，可以翘曲变成零维的富勒烯，卷曲形成一维的 电化学中的应用 CNTsl2 J， 或者堆垛成三维的石墨．这种特殊结构蕴 含了其丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许 由于石墨烯具有较大的比表面积，且表面含有 多优异的物理化学性质． 丰富的官能团，因此为酶及其他生物分子的固定提 单层石墨烯的厚度仅为 0．335nm，C—C键长 供了理想的载体．Zhang等 ¨。。利用辣根过氧化物酶 为0．142am，这样独特的稳定结构使石墨烯异常坚 (HRP)为模型，研究了酶在石墨烯表面的固定，结 硬(强度是钢的 100多倍，达到 130GPa) ，零带 果表明，在不需要任何连接剂和表面修饰的情况下， 隙、电子／空穴迁移率高 (理论上达到 15000cmV 酶可以很容易地固定到石墨烯表面，且其构象和生 s )J，是 目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材 物活性可以得到完全保持．Zou等 ¨也研究了一系 料的2倍，超过商用硅片迁移率的l0倍，导热性能 列血红素类蛋 白：细胞色素 c、肌红蛋 白(Hb)、