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碳纳米材料在电化学中的应用

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碳纳米技术开始于20世纪90年代,它的呈现使国家经济有了很大的改善和提高。它的内部结构属于层次类型的,在催化和器件领域可以表现出特殊的化学性质。与此同时,新型纳米材料出现于石墨烯和纳米管之后,现在新型碳纳米材料成为许多研究领域的一个热点。新型纳米材料的应用研究领域非常多。在我国,针对碳纳米的制作方法有很多,比如:气体热解法、相关沉淀法。总之,纳米类质料的实际应用一直呈现上升的状态,如,电化学类研究、器件领域、交通领域、环境监控范畴等。

1基本类别

在自然界中,碳元素与人类的生活息息相关,它具有多种电子轨道特点,在化学研究中,我们知道碳是单一元素,它可以形成金刚石,石墨,纳米管等等。而碳纳米材料中最多成分就是碳元素。碳纳米材料是由许多直径小于100纳米的碳材料组成,即由许多小型碳原子和其它类型原子形成,碳纳米材料中对应的孔为纳米孔。因为它多种不同的特点,则三种不同种类如下。针对碳纳米管来说,它属于一种管体,它是由石墨片形成的,所以它可以分为单壁,多壁、双壁三种类型。碳纳米管的优势是:它的纯度提取方式十分简略;且纳米管的纯度高;它的价格比较低廉。相反的,它相应的缺陷为:制作过程中对相关设备的应用要求很高;纳米管之间的对接比较复杂;它的功率消耗比较大。针对纤维型纳米来说,碳纳米纤维的质量密度大于钢的质量密度,同时也小于铝的质量密度,其重量是铁的十几倍,所以碳纳米纤维具有许多的优点,分别为:强力非常大;其化学性质十分稳定;其耐腐蚀性能好;能抵御较强的辐射;具有除臭的性能等等。同时,它也有少许缺陷,如:初期设计成本十分高;纤维型纳米的研究应用范围不多。纳米碳球依据不同尺寸分为三种类型。当纳米碳球直径大于2纳米且小于20纳米时,它的石墨层属于封闭状态,如C70,C60等等;当纳米碳球直径大于50纳米且小于1微米时,这时纳米碳球均属于未完全石墨化的碳球;当纳米碳球直径大于51微米时,纳米碳球属于碳微球状态。其次,也可以根据结构层次划分,例如多孔型碳球、空心类碳球等等。

2主要应用

由于新型碳纳米材料具有较高的比表面积和良好的融合性,所以新型碳纳米材料可以被用于电化学研究中。在电化学研究领域,研究最广泛的就属于生物传感器,由于新型碳纳米材料具有较强的活动性和吸附性,所以碳纳米材料适合生物传感器的研究。其运用介绍如下。相关研究表明,一些生物小分子的生物活性可以由碳纳米材料增强,因为碳纳米材料可以促进小分子中酶的相关活性,也可以增强小分子中DAN的吸附能力。新型纳米管可以作为一个小型载体,其作用是负载一些金属颗粒和相关类型的酶,且金属必须具有良好的导电性能。由于碳纳米材料的不同特性,所以电化学传感器可以分为三种类型,分别如下。

(1)新型碳纳米材料承载酶一些研究者用添加氮的碳纳米材料来承载相关溶液中的一些液体浓度;也有人将纳米材料固定在电极的一端,使用相关的链接酶作用在碳纳米材料的另外一端,从而碳纳米材料作为一个中间部分,形成了电极与酶的电化学反应。

(2)碳纳米材料承载物质与纳米颗粒之间的融合新型碳纳米材料具有良好的导电性能,且它是一个很好的承载体,所以将纳米材料和相关催化剂融合是一个不错的创新,有研究者用新型碳纳米材料结合铂来检测不同类型的激素;也有研究者将纳米材料和聚苯胺结合后,将其结合体作为测量化学中亚硝酸盐的相关浓度问题。

(3)碳纳米可用作相关电极的质料由于新型碳纳米材料具有非常好的电催化性,所以用来制作电化学传感器是非常合适的。例如,相关研究人员用碳纳米材料来检测电极溶液水中相关元素的含量问题;在另一方面,也可以利用碳纳米材料来检测相关的细胞色素问题。可以总结出,电化学传感器由碳纳米材料制作成,所以电化学传感器属于新一类的检测类装备,而且电化学传感器属于体积小,操作十分简单的一类设备。但是,碳纳米材料在电化学传感器上的应用时间不长,它只是构成传感器的基础部分,为了使电化学传感器的功能更加稳定安全,我们需要做到几点,将纳米材料不断的优化改进,此外,我们还需要不断发掘更多的碳纳米材料,然后和已存在的碳纳米材料进行对比和结合,再次应用到传感器的改进中。

3结语

因为新型碳纳米质料具有许多优点,以致于它被应用到电化学传感器的相关研究中。迄今为止,随着新型碳纳米材料在电化学中的研究,大量有关纳米材料的实践经验和理论知识涌现出来,这些理论知识对碳纳米材料的应用研究十分有益。

作者:申玉坦 蔡博莹 单位:河南师范大学

碳纳米材料在电化学中的应用责任编辑:杨雪    阅读:人次
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