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摘 要

氧化锌(ZnO)是宽禁带半导体，具有良好的热化学稳定性、发光性、无毒性、抗氧化性和催化性。石墨烯（GO）是一种二维碳质新型材料，其优异的力学、电传导性、良好的导热性及超大的比表面积被广泛应用于传感器、太阳能电池、超级电容器、纳米电子器件、储氢材料及新型复合材料等领域。因此氧化锌纳米管/石墨烯（ZnO-NTs/GO）复合材料综合了GO及ZnO的诸多优点，在电化学传感器、超级电容器、光电材料、场发射材料等方面有着广泛的应用。本文通过模板的方法制备ZnO，以Hummers方法制备GO，并结合Pt纳米粒子，最终制成了功能化氧化锌-石墨烯纳米复合材料（Pt-ZnO-GO），将该复合材料修饰在玻碳电极（GCE）上，构建出一种无酶传感器，对H₂O₂进行催化研究。

关键词：石墨烯、氧化锌、无酶、电化学传感器、过氧化氢

The non-enzyme catalytic based on function zinc oxide nanotube/graphene nanocomposites

ABSTRACT

Zinc oxide (ZnO) is a wide bandgap semiconductor, has good thermo-chemical stability, light, non-toxic, anti-oxidation and catalytic. Graphene (GO) is new material of two-dimensional carbon, its excellent performance such as mechanical, electrical conductivity, good thermal conductivity and a large specific surface area are widely used in sensors, solar cells, super capacitors, nano-electronic devices, storage hydrogen materials and new composite materials and other fields. So zinc oxide nanotube/graphene (ZnO-NTs/GO) composite materials combine the advantages of GO and ZnO, and them have been widely used in electrochemical sensors, supercapacitors, photovoltaic materials, field emission materials etc. This article was prepared the ZnO by the template method, used the Hummers prepared to GO, and combined with Pt nanoparticles, finally made function zinc oxide/graphene nanocomposites (Pt-ZnO-NTs/GO). Then the composite materials modified on glassy carbon electrode (GCE), to construct a non-enzyme sensor for H₂O₂ catalytic research.

Keyword: Graphene, zinc oxide, no enzyme, electrochemical sensors, hydrogen peroxide

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 4

1.1前沿 4

1.2金属氧化物纳米材料的应用 4

1.2.1 氧化锌纳米材料的概述 4

1.2.2金属纳米粒子及其氧化物在无酶电化学传感器中的应用 5

1.3石墨烯 6

1.3.1石墨烯简介及性质 6

1.3.2石墨烯的制备方法 7

1.4纳米复合材料的应用及研究进展 9

1.4.1电化学传感器 9

1.4.2超级电容器 9

1.4.3光催化剂 9

1.5本课题主要研究的内容及意义 10

第二章 实验部分 12

2.1实验仪器与试剂 12

2.1.1实验仪器 12

2.1.2实验试剂 12

2.2实验方法 13

2.2.1石墨烯的制备 13

2.2.2氧化锌纳米管（ZnO-NTs）的合成 14

2.2.3 Pt-ZnO-NTs纳米复合材料的制备 14

2.2.4玻碳电极（GCE）处理 14

第三章 结果与讨论 15

3.1氧化锌、石墨烯结构形态表征 15

3.2电化学表征 15

3.2.1循环伏安法 15

3.2.2交流阻抗（EIS） 16

3.2.3 Pt-ZnO-NTs/GO/GCE对H₂O₂的催化 18

3.2.4 实验条件的优化 19

3.2.5 Pt-ZnO-NTs/GO/GCE的计时电流响应 20

第四章 结论与展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 文献综述

1.1前沿

随着纳米科技的发展，纳米材料在微电子、生物医学、环境治理、新能源等众多领域引起广泛的研究和应用，推动了科学技术及新兴学科的发展，在电化学传感方面也取得了重大突破。纳米氧化锌作为一种宽带隙半导体材料，不仅是发光二极管、紫外探测器、透明导电薄膜等光电器件的理想材料，又因其具有导热性、场发射能力和高效的光催化性能备受人们的关注^[1]。纳米材料中碳纳米材料应用非常广泛，石墨烯作为具有二维结构的新型碳纳米材料，具有更大的比表面积和更优异的电子传导能力，成为了继碳纳米管后新一代的理想电极修饰材料，并且应用于传感器的研制。因此，氧化锌和石墨烯复合材料在储能、光电设备、光催化剂等方面具有广泛的应用，也一直是科学家研究的热点。

1.2金属氧化物纳米材料的应用

1.2.1 氧化锌纳米材料的概述

氧化锌是一种用途广泛的多功能半导体材料。氧化锌的晶体结构有三种：六方纤锌矿型、立方闪锌矿型、氯化钠式的八面体结构（100亿帕高压下才会形成），如图4所示^[2]，其中六方纤锌矿型结构最为稳定，也最为常见。

图1 （a）六方纤锌矿型（b）立方闪锌矿型（c）氯化钠式的八面体结构

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