化學(xué)學(xué)院在碳基納米材料電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域取得新進(jìn)展
碳基納米材料具有良好的電催化性能、高的電化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性以及機(jī)械強(qiáng)度和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，使其在諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，特別是在電化學(xué)方面。但制備碳基納米材料通常需要相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程、相對(duì)昂貴的儀器和化學(xué)試劑，這些因素可能阻礙碳基納米材料的大規(guī)模試劑應(yīng)用。由于生物質(zhì)相對(duì)廉價(jià)、大量存在、快速再生、容易獲得和環(huán)境友好，我?；瘜W(xué)學(xué)院周明教授課題以生物質(zhì)為原料組制備了不同種碳基納米材料，并用于電化學(xué)生物傳感器件和電化學(xué)能源器件的構(gòu)筑。
周明教授課題組利用廢棄的豆渣制備了類(lèi)似石墨烯結(jié)構(gòu)的氮摻雜介孔碳納米片，構(gòu)筑了基于氮摻雜介孔碳納米片的電化學(xué)抗壞血酸傳感器，并成功用于醫(yī)用抗壞血酸注射液、商業(yè)化飲料和商品化果汁中抗壞血酸的檢測(cè)。而后，他們以蘋(píng)果為原料制備了碳納米棒組裝的分等級(jí)介孔-大孔碳?xì)饽z，構(gòu)筑了基于該納米材料的電化學(xué)雙氧水傳感器，成功用于人體尿液、商品化牛奶和商品化啤酒中雙氧水的檢測(cè)。相關(guān)工作發(fā)表在分析化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊Talanta, 2019, 200: 300-306；Analytica Chimica Acta, 2019, 1047: 36-44等。相關(guān)工作得到國(guó)際同行的關(guān)注，分析化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Analytical Chemistry, 2019, 91: 27-43發(fā)表綜述，評(píng)價(jià)課題組發(fā)表的系列工作：“Zhou實(shí)驗(yàn)室一直在探索以幾種不同種生物質(zhì)為起始材料創(chuàng)造碳基傳感器。柚子皮、海帶、菇蔦皮和蘋(píng)果被分別轉(zhuǎn)化為碳納米球、介孔碳、碳納米片和碳納米棒。對(duì)于雙氧水的檢測(cè)，這些材料修飾的玻碳電極均展現(xiàn)出比碳納米管修飾玻碳電極改善的催化活性、更高的靈敏度和更寬的線(xiàn)性”。此外，他們以不同生物質(zhì)為原料制備了多種碳基納米材，利用生物質(zhì)衍生碳基納米材料構(gòu)筑了多種便攜式、可穿戴電化學(xué)生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了人體體液中酒精、葡萄糖和乳酸代謝動(dòng)力學(xué)的研究，相關(guān)工作待發(fā)表。
開(kāi)發(fā)低成本、可持續(xù)、高效的非貴金屬電催化劑是能源相關(guān)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的挑戰(zhàn)。周明教授課題組發(fā)展了一種綠色、低成本制備Zn單原子催化劑的方法。他們利用生物量蘋(píng)果為碳源、雞蛋清為氮源和氯化鋅為鋅源和造孔劑，制備了Zn單原子負(fù)載的氮摻雜具有分等級(jí)結(jié)構(gòu)的多孔碳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論計(jì)算均表明，這種通過(guò)Zn-N4形成的、由生物質(zhì)衍生的非貴金屬電化學(xué)催化劑具有優(yōu)異的電化學(xué)氧還原和二氧化碳還原性能。同時(shí)，周明教授課題組以不同生物質(zhì)衍生的碳基納米材料為電極基底制備了多種生物燃料電池，不同生物燃料電池可利用人體體液（如：血液、汗液、尿液、淚液和唾液）、商品化飲料（如：可口可樂(lè)、鮮橙多、水趣多、白酒、燒酒、葡萄酒、啤酒）和天然果汁（如：西瓜汁、桃汁、橙汁）為燃料發(fā)電。相關(guān)工作待發(fā)表。
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