碳纳米材料在电分析化学中的应用

第1章 引论1

1.1碳材料简介1

1.1.1碳元素简介2

1.1.2传统碳材料3

1.1.3纳米碳材料6

1.2碳纳米材料的分类14

1.2.1碳纳米材料的定义14

1.2.2碳纳米材料的分类14

1.2.3碳纳米复合材料17

1.3碳纳米材料的性能24

1.3.1碳纳米材料纳米效应24

1.3.2碳纳米材料物理特性25

1.3.3碳纳米材料电学特性25

1.3.4碳纳米材料化学特性26

1.4碳纳米材料的电化学应用27

1.4.1碳纳米材料在电化学储氢、储锂中的应用27

1.4.2碳纳米材料在燃料电池中的应用28

1.4.3碳纳米材料在超级电容器中的应用29

1.4.4碳纳米材料在电化学及生物传感中的应用29

1.5电化学传感技术与碳纳米材料的发展31

1.5.1电化学及生物传感技术研究现状31

1.5.2碳纳米材料与电化学传感技术的发展方向32

参考文献34

第2章 碳纳米材料的制备38

2.1活性炭制备38

2.1.1制备原料38

2.1.2物理活化法39

2.1.3化学活化法39

2.1.4化学物理活化法39

2.1.5其它活化制备方法40

2.2碳纳米纤维的制备40

2.2.1化学气相沉积法40

2.2.2固相合成法42

2.2.3静电纺丝法42

2.2.4生物制备法43

2.3碳纳米管制备43

2.3.1电弧放电法43

2.3.2激光蒸发法44

2.3.3化学气相沉积法45

2.3.4聚合物热解法46

2.3.5其它制备方法47

2.4介孔碳制备47

2.4.1金属催化活化法48

2.4.2有机凝胶炭化法48

2.4.3模板法49

2.5石墨烯制备53

2.5.1机械剥离法55

2.5.2化学剥离法58

2.5.3外延生长法59

2.5.4氧化石墨还原法60

2.5.5溶剂热法62

2.5.6有机合成法63

2.5.7碳纳米管转化法64

参考文献65

第3章 碳纳米材料的复合及功能化68

3.1功能化碳纳米材料的类型68

3.1.1功能化碳纳米材料的起源68

3.1.2功能化碳纳米材料的分类69

3.1.3功能化碳纳米材料的结构70

3.2碳纳米材料的功能化方法74

3.2.1非共价功能化74

3.2.2共价功能化78

3.2.3掺杂功能化81

3.2.4其它功能化方法83

3.3功能化碳纳米材料的性能84

3.3.1功能化碳纳米材料的力学性能84

3.3.2功能化碳纳米材料的电学性能84

3.3.3功能化碳纳米材料的热学性能85

3.3.4功能化碳纳米材料的光学性能86

3.4碳纳米复合材料的分类87

3.4.1碳纳米/聚合物复合材料87

3.4.2碳纳米/其它纳米粒子复合材料88

3.4.3碳纳米/有机小分子复合材料90

3.4.4多维碳纳米复合材料91

3.5碳纳米复合材料的制备92

3.5.1溶液共混法92

3.5.2熔融共混法92

3.5.3原位聚合法93

3.5.4原位生长法94

3.5.5层层组装法96

3.6碳纳米复合材料的应用97

3.6.1传感分析97

3.6.2储能材料98

3.6.3生物医药100

3.6.4催化领域102

3.6.5吸附材料103

3.6.6其它应用104

参考文献105

第4章 碳纳米材料的表征111

4.1碳纳米材料表征分析的意义111

4.1.1碳纳米材料表征的重要性111

4.1.2碳纳米材料表征的特点114

4.1.3碳纳米材料表征的内容116

4.2碳纳米材料表征分析方法分类118

4.2.1碳纳米材料形貌分析118

4.2.2碳纳米材料成分分析119

4.2.3碳纳米材料结构分析120

4.2.4碳纳米材料价键分析121

4.2.5碳纳米材料表面分析121

4.3碳纳米材料形貌分析技术121

4.3.1扫描电子显微镜（SEM）121

4.3.2透射电子显微镜（TEM）123

4.3.3扫描隧道显微镜（STM）124

4.3.4原子力显微镜（AFM）126

4.4碳纳米材料成分分析技术127

4.4.1X射线能谱基本原理127

4.4.2X射线能谱测试过程128

4.4.3X射线能谱表征应用128

4.5碳纳米材料结构分析技术129

4.5.1X射线衍射法基本原理129

4.5.2X射线衍射法测试过程130

4.5.3X射线衍射法表征应用131

4.6碳纳米材料价键分析技术134

4.6.1红外光谱表征技术134

4.6.2拉曼光谱表征技术137

4.7碳纳米材料表面分析技术140

4.7.1X射线光电子能谱基本原理140

4.7.2电子能谱测试过程140

4.7.3电子能谱表征应用141

4.8碳纳米材料物理性能分析技术143

4.8.1紫外可见光谱分析143

4.8.2比表面积及孔隙结构分析145

4.8.3磁学性质分析147

4.8.4光学性质分析148

4.8.5电容性能分析148

参考文献150

第5章 碳纳米材料修饰电极153

5.1碳纳米材料修饰电极的特点153

5.1.1碳纳米材料修饰电极的电催化特点154

5.1.2碳纳米材料修饰电极的电催化类型155

5.2碳纳米材料修饰电极分类156

5.2.1碳纳米管修饰电极156

5.2.2介孔碳修饰电极157

5.2.3石墨烯修饰电极158

5.2.4碳纳米复合材料修饰电极158

5.3碳纳米材料修饰电极制备159

5.3.1涂布法160

5.3.2组合法160

5.3.3共价键合法161

5.3.4聚合物薄膜法161

5.3.5吸附法161

5.4碳纳米材料修饰电极表征162

5.4.1电子显微表征技术162

5.4.2光谱表征技术163

5.4.3电化学表征技术166

5.4.4其它表征技术167

5.5碳纳米材料修饰电极研究现状168

5.5.1本征碳纳米材料修饰电极169

5.5.2碳纳米/无机复合材料修饰电极170

5.5.3碳纳米/有机复合材料修饰电极172

5.5.4碳纳米/无机有机复合材料修饰电极175

5.6碳纳米材料修饰电极发展方向177

5.6.1碳纳米材料的化学修饰178

5.6.2碳纳米材料的化学掺杂178

5.6.3碳纳米材料的表面功能化179

5.6.4碳纳米材料的潜在应用180

参考文献181

第6章 碳纳米材料在生命电分析化学中的应用186

6.1电化学生物传感器简介186

6.1.1电化学生物传感的基本原理186

6.1.2电化学生物传感的主要方法187

6.1.3电化学生物传感的研究任务188

6.1.4电化学生物传感的发展趋势188

6.2碳纳米材料的生物传感功能189

6.2.1电子传输作用189

6.2.2界面电催化作用189

6.2.3修饰物的固定作用190

6.2.4选择性作用190

6.3电化学生物传感的研究对象191

6.3.1生物小分子191

6.3.2神经递质192

6.3.3蛋白质192

6.3.4核酸194

6.3.5细胞195

6.4基于碳纳米纤维的生命电分析化学196

6.4.1生物小分子196

6.4.2神经递质197

6.4.3蛋白质197

6.4.4核酸198

6.4.5细胞199

6.5基于碳纳米管的生命电分析化学199

6.5.1生物小分子199

6.5.2神经递质200

6.5.3蛋白质200

6.5.4核酸203

6.5.5细胞204

6.6基于介孔碳的生命电分析化学205

6.6.1生物小分子205

6.6.2神经递质206

6.6.3蛋白质206

6.6.4核酸207

6.6.5细胞208

6.7基于石墨烯的生命电分析化学208

6.7.1生物小分子208

6.7.2神经递质209

6.7.3蛋白质210

6.7.4核酸211

6.7.5细胞212

参考文献213

第7章 碳纳米材料在环境电分析化学中的应用218

7.1环境电分析化学简介218

7.1.1环境电分析化学基本原理219

7.1.2环境电分析化学研究方法220

7.1.3环境电分析化学研究任务221

7.1.4环境电分析化学发展趋势222

7.2碳纳米材料的环境分析功能223

7.2.1电子传输作用223

7.2.2电催化作用224

7.2.3稳定性作用225

7.2.4选择性作用226

7.3环境电分析化学研究对象226

7.3.1重金属离子227

7.3.2无机阴离子228

7.3.3有机污染物229

7.3.4其它典型污染物231

7.4基于碳纳米管的环境电分析化学232

7.4.1重金属离子232

7.4.2无机阴离子233

7.4.3有机污染物234

7.4.4其它典型污染物235

7.5基于介孔碳的环境电分析化学237

7.5.1重金属离子237

7.5.2无机阴离子237

7.5.3有机污染物238

7.5.4其它典型污染物239

7.6基于石墨烯的环境电分析化学240

7.6.1重金属离子240

7.6.2无机阴离子241

7.6.3有机污染物242

7.6.4其它典型污染物244

参考文献245

第8章 碳纳米材料在药物电分析化学中的应用248

8.1药物电分析化学简介248

8.1.1药物电分析化学基本原理249

8.1.2药物电分析化学研究方法250

8.1.3药物电分析化学研究任务251

8.1.4药物电分析化学发展趋势252

8.2碳纳米材料的药物分析功能253

8.2.1电子传输作用253

8.2.2电催化作用254

8.2.3稳定性作用255

8.2.4选择性作用255

8.3药物电分析化学研究对象256

8.3.1抗生素类药物257

8.3.2抗病毒类药物258

8.3.3镇痛类药物258

8.3.4激素类药物259

8.4基于碳纳米管的药物电分析化学260

8.4.1抗生素类药物260

8.4.2抗病毒类药物261

8.4.3镇痛类药物262

8.4.4激素类药物263

8.5基于介孔碳的药物电分析化学264

8.5.1抗生素类药物264

8.5.2抗病毒类药物265

8.5.3镇痛类药物266

8.5.4激素类药物266

8.6基于石墨烯的药物电分析化学267

8.6.1抗生素类药物267

8.6.2抗病毒类药物268

8.6.3镇痛类药物269

8.6.4激素类药物270

参考文献272

《碳纳米材料在电分析化学中的应用》介绍了碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料在电分析化学领域的发展历史、研究现状及发展趋势。系统地阐述了碳纳米及其复合材料的制备、表征及在电分析领域的新成就和前沿研究，重点介绍了碳纳米材料修饰电极的基础知识、基于碳纳米材料的电化学分析方法和技术。对碳纳米材料在生命电化学传感分析、环境电化学传感分析和药物电化学传感分析中的应用作了比较详细的介绍。对基于碳纳米材料的电化学分析方法及技术的研究现状和发展趋势也作了适当的介绍。
　　《碳纳米材料在电分析化学中的应用》适用于电分析化学工作者、碳纳米材料科技人员等参考阅读，也适用于高等院校相关专业教师、研究生以及本科生的参考书。

适读人群 ： 《碳纳米材料在电分析化学中的应用》适用于电分析化学工作者、碳纳米材料科技人员等参考阅读，也适用于高等院校相关专业教师、研究生以及本科生的参考书。

　　自碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料问世以来，由于这些碳纳米材料拥有的诸多特异物理和化学性能，被研究者迅速引入到化学修饰电极研究领域。各种性能迥异的碳纳米材料修饰电极在环境、能源、传感、生物、医药等领域展现出了其特有的魅力
　　本书将多年来有关碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料电分析化学相关的研究进行了较为系统地归纳、总结与分类。