活性炭修饰电极的表征研究

         由于一些新型炭材料具有良好的导电性、 较高比表面积和化学稳定性等特 点，能够在电化学反应中起电子传递媒作用，因此可以用作修饰电极的修饰材 料。目前用作电极修饰的碳材料主要有碳纳米管、模板炭和碳原子线。自 20 世纪 80 年代高比表面积活性炭问世以来，其高度发达的孔隙结构和超强的吸 附性能备受关注。尤其是，作为双电层电容器的电极材料已在电化学领域中得 到广泛的研究和应用。 1 活性炭悬浊液的配制 Nafion 即全氟磺酸型离子树脂交换膜， 它具有较高的质子导电率 （>0.1S/c m） 、长使用寿命（约 600000h）和良好的热稳定性。它对有机阳离子，特别是 有些尺寸较大的有机阳离子具有特别高的交换选择系数， 在电催化方面也显现 出良好的应用前景。 研究表明： 按比例 5mg 活性炭＋5mlDMF＋5mlNafion 配制的溶液分散性好， 电极稳定性也较好，有较好的循环伏安曲线，DMF 起分散剂的作用，而 Nafion 溶液起固定剂的作用。 2 活性炭用量的选择 电极修饰膜的厚度对电化学反应的氧化还原峰电流会有一定的影响。 修饰 膜的厚度主要由滴加到电极表面的活性炭量所决定。 修饰膜对对苯二酚氧化峰 的电流响应值的影响如图所示。

         当悬浊液（0.5 mg/mL）的用量从 0 逐渐增加到 5μL 时，对苯二酚的氧化 峰电流显著增加；继续增加分散液的用量到 10μL 时，氧化峰电流值增加比较 缓慢；当悬浊液的用量超过 20μL 后氧化峰电流略微降低。这是因为随着活性 炭用量的增加， 电极表面对对苯二酚的反应位点增加， 但当悬浊液的量过大时， 膜太厚，一方面不利于对苯二酚的电子交换，另一方面，太多的 Nafion 成分 也会降低膜的导电性能， 因此氧化峰电流响应值降低。 因此在制作修饰电极时， 选择 5μL 的高比表面积活性炭悬浊液作为制作修饰电极的合适用量。 国内外同类 研究概况 3 修饰电极富集时间的选择 在循环伏安实验中， 待测的电活性物质如果在修饰电极表面发生氧化还原 反应，很显然，电极的电流响应值取决于物质发生氧化还原反应的程度这些反 应的速率，因此它必然与电极表面所吸附的活性物质的量（即反应物的浓度） 有关。可以预见，当电极表面吸附电活性物质达到饱和后，电活性物质的氧化 还原峰所达到的电流值达到大。因此，修饰电极的氧化还原峰电流值与电极在电活性物质溶液中的时间有关。 实验考察了 0.1mmol/L 对苯二酚的 0.1mol/L HCl 溶液中修饰电极富集时 间与氧化峰的电流响应值之间的关系，如图所示。结果表明在 30min 内，富集 时间和峰电流程较好的线性关系，30min 后随着时间的延长，峰电流响应值逐 渐趋于平稳。因此本研究中修饰电极的循环伏安实验在待测溶液中富集 30 分 钟。