碳纳米管/石墨烯基复合材料制备及应用

目前，碳纳米管和石墨烯的规模合成与纯化技术日趋完善，为了丰富其衍生物的种类、优化固有性能、开发新性能及拓展其应用，对碳纳米管和石墨烯的修饰与应用研究已经成为其主要的发展方向。掺杂、填充、包覆、共混等多种物理或化学的方法已被广泛用于修饰碳纳米管和石墨烯，所制备的碳纳米复合材料在分离富集、催化、合成等领域显示出巨大的应用潜能。但是，目前碳纳米复合材料从材质的选择、制备及其应用，仍需进一步的完善和丰富，以满足不同的应用场合，尤其是核心的材料制备技术，发展空间更加广阔。
本书内容由四章组成，属于材料化学、分析化学和环境科学等多学科交叉领域。书中详细介绍了碳纳米管和石墨烯的结构、性能与制备方法，发展出了简便快捷的碳纳米管和石墨烯基复合材料合成路线，研究了它们在电化学传感、光催化和吸附分离等领域的应用，探索了相关的催化机理和吸附机理，拓宽了其在环境和生物等领域的应用，为碳基纳米复合材料的应用提供了新思路，具有重要的科学意义和应用价值。
本书获得了西安石油大学优秀学术著作出版基金资助。感谢西安石油大学及应用化学系、化学工业出版社的亲切关注、热情指点和鼎力支持！
由于作者水平所限，加之本书涉及的领域宽广，如有疏漏或不妥之处，敬请读者予以指正，使之日臻完善。
孟祖超
2020年7月

孟祖超，西安石油大学，副教授，由碳纳米管、石墨烯等碳材料与纳米颗粒复合形成的碳基纳米复合材料在生物、能源、环境等领域表现出巨大的应用前景。通过水热法、电沉积法、共沉淀法等简便易行的方法可控制备了多种金属、合金、金属氧化物与碳纳米材料的复合材料，在电化学传感、光催化以及吸附分离等方面取得了具有影响力的成果。在国内外重要学术刊物上发表论文30篇，其中SCI收录15篇，申请发明专利4项。研究成果获陕西省高等学校科学技术奖一等奖2项，三等奖1项。

本书基于作者的科研成果编著而成，主要介绍了碳纳米管和石墨烯基复合材料的制备、性能及应用，特别是在电化学传感、光催化和吸附分离领域的应用。基于碳基纳米复合材料的电催化性能，建立了测定水合肼、亚硝酸盐、苯酚等物质的电化学分析新方法；在紫外光或可见光照下，利用碳基纳米复合材料实现了对有机污染物聚丙烯酰胺和苯酚的光催化降解；利用碳基纳米复合材料的高吸附性能，实现了对废水中油和染料的高效吸附分离。
可供化工、材料、环境、分析领域的研究人员，特别是从事石墨烯复合材料研发和应用的技术人员参考。

第1章 概述      1 
1.1碳纳米管 /1
1.1.1碳纳米管的结构 / 1
1.1.2碳纳米管的制备 / 2
1.1.3碳纳米管的纯化 / 4
1.1.4碳纳米管的特性 / 5
1.1.5碳纳米管复合材料的吸附性能 / 5
1.1.6碳纳米管复合材料的电催化性能 / 7
1.1.7碳纳米管复合材料的光催化性能 / 9 
1.2石墨烯 /11
1.2.1石墨烯的性质 / 13
1.2.2石墨烯的制备方法 / 14
1.2.3石墨烯基复合材料的制备方法 / 16
1.2.4石墨烯复合材料的吸附性能 / 17
1.2.5石墨烯复合材料的电催化性能 / 19
1.2.6石墨烯复合材料的光催化性能 / 21 
1.3小结 /27
参考文献 / 29

第2章 金属/石墨烯复合材料的制备及其催化性能研究       37 
2.1Ag-Ni/石墨烯复合材料的制备及其催化性能研究 / 38 
2.1.1还原氧化石墨烯（rGO）及相关复合材料的制备 / 38
2.1.2Ag-Ni/rGO复合材料的表征 / 39 
2.1.3Ag-Ni/rGO对H2O2的电催化性能 / 41
2.1.4Ag-Ni/rGO/GCE对水合肼的催化性能研究 / 45 
2.1.5小结 / 49 
2.2Cu/石墨烯纳米复合材料的制备及电催化性能研究 / 50
2.2.1Cu/GO/GCE的制备 / 51
2.2.2Cu/GO纳米复合材料的表征 / 51 
2.2.3Cu/GO/GCE对抗坏血酸催化性能的研究 / 52
2.2.4Cu/GO/GCE电极对亚硝酸钠催化性能的研究 / 55 
2.2.5小结 / 60
2.3Cu-Ag/GO复合材料的制备及其催化性能研究 / 60
2.3.1Cu-Ag/GO/GCE的制备及表征 / 60
2.3.2亚硝酸钠在不同电极上的循环伏安图 / 60
2.3.3实验条件的优化 / 62
2.3.4线性范围和检出限 / 64
2.3.5干扰实验 / 66
2.3.6修饰电极的稳定性及重现性 / 66
2.3.7回收测定 / 66 
2.4小结 / 66
参考文献 / 67

第3章 金属化合物/石墨烯复合材料      72 
3.1镍基复合材料/石墨烯的电催化性能研究 / 73
3.1.1Ni(OH)2-Ni/GO/GCE的制备及表征 / 74
3.1.2电解体系的优选 / 75
3.1.3Ni(OH)2-Ni/GO/GCE对甲醛的催化性能研究 / 78
3.1.4Ni(OH)2-Ni/GO/GCE对葡萄糖的催化性能研究 / 80 
3.1.5小结 / 83
3.2Cu-BTC/GO对亚甲基蓝的吸附性能研究 / 84
3.2.1Cu-BTC/GO的制备 / 85
3.2.2Cu-BTC/GO的表征 / 85
3.2.3Cu-BTC/GO对亚甲基蓝吸附性能研究 / 89
3.2.4小结 / 93
3.3石墨烯/二氧化钛复合材料的制备及催化性能研究 / 94
3.3.1 GR/TiO2复合光催化剂的制备及表征 / 94
3.3.2光催化性能研究 / 96
3.3.3光催化降黏机理 / 99 
3.3.4小结 / 99
3.4Ag/CuS/rGO复合材料的制备及其电催化性能研究 / 100
3.4.1rGO基复合材料的制备 / 100
3.4.2Ag/CuS/rGO复合材料的表征 / 101 
3.4.3亚硝酸根离子电化学传感器 Ag/CuS/rGO/GCE / 103
3.4.4电催化氧化亚硝酸根离子的影响因素 / 105 
3.4.5NO2-离子含量的测定 / 108
3.4.6Ag/CuS/rGO/GCE的重现性、稳定性及抗干扰性 / 109
3.4.7实际样品分析 / 109 
3.4.8小结 / 110
3.5新型油田污水除油剂的制备及性能研究 / 110
3.5.1PDDA/Fe3O4/GE的合成 / 111
3.5.2PDDA/Fe3O4/GE的表征 / 112
3.5.3污水油含量分析方法 / 113
3.5.4反应条件对除油剂性能的影响 / 113
3.5.5除油剂的重复利用性能 / 116 
3.5.6小结 / 117
参考文献 / 117 

第4章 碳纳米管复合材料      123 
4.1基于ZrO2/CNT多孔纳米复合材料的电催化性能研究 / 124
4.1.1ZrO2/MWCNTs/Au的制备 / 124
4.1.2ZrO2/MWCNTs的表征 / 125
4.1.3ZrO2/MWCNTs/Au的电催化行为研究 / 126
4.1.4NO2-扩散系数的计算 / 127
4.1.5pH值的优化 / 128
4.1.6 NO2-的安培检测 / 129
4.1.7干扰试验 / 130
4.1.8传感器的稳定性研究 / 130 
4.1.9小结 / 130 
4.2基于TiO2/CNT多孔纳米复合材料的电化学传感器的构置及应用 / 131
4.2.1TiO2/MWCNTs/GCE纳米复合材料的制备及表征 / 131 
4.2.2TiO2/MWCNTs对CC和HQ的电化学行为 / 132
4.2.3实验条件优化 / 133
4.2.4对苯二酚和邻苯二酚的选择性测定 / 135
4.2.5对苯二酚和邻苯二酚的同时测定 / 136
4.2.6传感器的稳定性 / 137
4.2.7小结 / 138
参考文献 / 138