过程工程所在碳纳米材料表面电位设计方面取得进展

　　石墨烯材料表面官能团的种类和数量对其物化性能具有显著的影响，不同官能团的存在使其表面带有不同的电荷，因此石墨烯材料表面电位与其物化性能存在潜在的关系。由于石墨烯材料主体成分是碳，表面官能团只占很少的组成，但结构和组成却很复杂，所以表面官能团的测定一般需要综合多种表征手段，操作繁琐，难度较大。表面电位的测定相对于表面官能团的表征比较简单，采用电位作为石墨烯材料性能表征的指标，能够显著降低其性质预测的难度，所以使用表面电位对石墨烯类材料性能进行预测的研究具有实际意义。 

　　近日，过程工程所曹宏斌研究员团队等以氧化石墨烯（GO）为基本材料，利用水合肼对其进行不同程度的还原，系统研究了还原过程中，GO表面含氧官能团种类与数量和表面电性（zeta-potential）的演变规律，从而推断表面含氧基团对表面电性的影响机制，进一步发现化学还原氧化石墨烯(rGO)表面电位对其形貌和性能具有显著地影响：rGO表面电位降低会使其表面褶皱增多甚至出现折叠现象；表面负电位对重金属离子（Cu²⁺）在GO基电极表面的吸附与还原具有明显的催化作用，这对水中重金属污染物的吸附处理和电化学检测提供了重要的理论依据，有助于快速研发与制作高选择性电极，具有良好的应用前景。相关研究成果近期发表在国际期刊Carbon上。（Ming-jie Li, Chen-ming Liu, Yong-bing Xie, Hong-bin Cao, He Zhao and Yi Zhang. The evolution of surface charge on graphene oxide during the reduction and its application in electroanalysis. Carbon, 2014 (66):302-311.） 

（1）不同pH条件下，GO的Zeta电位随还原时间关系图；（2）不同还原程度GO的红外图谱；（3）带有不同表面电位的rGO的TEM图像；（4）以带有不同表面电位的rGO作为电极材料的电化学传感器对Cu²⁺的阳极溶出图谱（Cu²⁺浓度为1ppm）；（5）以带有不同表面电位的rGO作为电极材料的电化学传感器检测Cu²⁺的标准曲线。 

（过程污染控制环境工程创新团队  李明杰  刘晨明）