電極是電化學(xué)傳感器的核心材料。由于碳材料（活性炭，玻璃碳，碳納米管和石墨等）具有導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性且易加工等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于電化學(xué)電極材料之中。而石墨烯作為一種新型的二維納米碳材料，擁有更加優(yōu)異的導(dǎo)電性能和極高的比表面積，現(xiàn)已成為新型碳材料電極的最佳選擇。

　　新加坡南洋理工大學(xué)張華教授的課題組對(duì)氧化石墨烯的功能化修飾及其在電化學(xué)方面的應(yīng)用做出了較多的探討與研究，他們的工作也進(jìn)一步肯定了石墨烯在電化學(xué)上具有廣闊的應(yīng)用前景。在2011年時(shí)，張教授的課題組就研制出了一種具有三維結(jié)構(gòu)的新型石墨烯材料，并將其應(yīng)用于電化學(xué)電容器（超級(jí)電容器）。該材料利用化學(xué)氣相沉積法并在高溫反應(yīng)下合成而出。這種新材料不僅具備極低的缺陷密度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，而其三維多孔的結(jié)構(gòu)增加了電極的比表面積，這有助于沉積在其表面的活性物質(zhì)與電解質(zhì)離子快速的接觸。值得指出的是，與傳統(tǒng)的基于氧化石墨烯制備石電極材料不同，他們的方法可以避免氧化石墨烯片在制備電極過(guò)程中相互堆積從而確保石墨烯的高比表面積特性。此外，從泡沫鎳上直接析出的三維石墨烯與集電極之間擁有極佳的電學(xué)接觸，因此成為了一個(gè)有效的媒介將電荷快速地從活性物質(zhì)向集電極傳輸。

三維石墨烯結(jié)構(gòu)

　　三維石墨烯材料在電化學(xué)電容器上的成功應(yīng)用，激勵(lì)了張教授的團(tuán)隊(duì)繼續(xù)探討該種新型材料在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用。三維石墨烯材料優(yōu)秀的導(dǎo)電性能、快速的電荷傳輸特性及三維多孔結(jié)構(gòu)等特性都是一個(gè)電化學(xué)傳感器電極所需要的，由此他們預(yù)測(cè)三維石墨烯材料也可以應(yīng)用于電化學(xué)傳感器之中，而通過(guò)對(duì)三維石墨烯的進(jìn)一步功能化修飾還可能進(jìn)一步提高傳感器的性能。

　　張教授在接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“該項(xiàng)目我們是從2011年6月開(kāi)始，到2012年3月結(jié)束。在研究初期，我們?cè)?jì)劃用原位合成的方式，采用化學(xué)氣相沉積法將碳納米管直接生長(zhǎng)在三維石墨烯表面，來(lái)得到三維石墨烯/碳納米管復(fù)合材料。但是由于催化劑納米顆粒難以完全去除，影響到電化學(xué)傳感器的測(cè)試結(jié)果，因此我們后期采用了電泳法將商業(yè)化的多壁碳納米管沉積在石墨烯表面來(lái)制備三維石墨烯/碳納米管的復(fù)合材料?！?/p>

　　在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，研究人員也發(fā)現(xiàn)了三維石墨烯的一些弊端。由于三維石墨烯的合成利用了化學(xué)氣相沉積法且在高溫下完成，所以導(dǎo)致其表面不像氧化石墨烯那樣帶有較多的親水基團(tuán)，這不利于在水相體系中對(duì)其作進(jìn)一步的表面修飾。為了解決該問(wèn)題，他們優(yōu)化了石墨烯的修飾條件并采用了有機(jī)溶劑反應(yīng)體系（或?qū)θS石墨烯進(jìn)行電化學(xué)親水預(yù)處理）。另外，由于三維石墨烯的密度小和疏水性，若直接作為電極，其會(huì)漂浮在水面上，因此他們采用玻璃片作為基板，并將三維石墨烯用硅膠固定在玻璃片之上。三維石墨烯在去除了泡沫鎳基板之后，在電化學(xué)測(cè)試時(shí)攪拌產(chǎn)生的切應(yīng)力容易導(dǎo)致其破裂，而改進(jìn)三維石墨烯合成條件，在適當(dāng)增加石墨烯膜的厚度后可較好地解決該問(wèn)題。

　　該項(xiàng)工作以化學(xué)氣相沉積法合成的三維石墨烯來(lái)制備電化學(xué)傳感器電極，為該領(lǐng)域提供了一個(gè)新型的材料和研究方向。通過(guò)改進(jìn)合成方法，提高三維石墨烯產(chǎn)率，并降低生產(chǎn)成本，三維石墨烯將具有極大的商業(yè)潛能。

　　在這項(xiàng)工作中，石墨烯主要起了一個(gè)導(dǎo)電基板的作用，但是張教授的團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)三維石墨烯本身也會(huì)對(duì)檢測(cè)物產(chǎn)生響應(yīng)。其結(jié)構(gòu)孔徑大小，石墨烯膜的厚度，都將影響三維石墨烯的導(dǎo)電性和比表面積，并進(jìn)一步影響傳感器的性能。張教授指出，后續(xù)工作將深入研究三維石墨烯的性質(zhì)對(duì)電化學(xué)傳感器性能的影響。另一方面，該工作以檢測(cè)雙氧水分子為實(shí)例驗(yàn)證了三維石墨烯在電化學(xué)傳感器上的潛在應(yīng)用。張教授還指出，通過(guò)對(duì)三維石墨烯的針對(duì)性修飾，還可以拓展到其他方面上的檢測(cè)，例如重金屬離子，水體毒性檢測(cè)，有毒氣體檢測(cè)等。

　　隨著納米材料和技術(shù)的蓬勃發(fā)展，電化學(xué)傳感器將向著更加微型化和便攜化方向發(fā)展。通過(guò)充分認(rèn)識(shí)石墨烯的特性以及對(duì)其進(jìn)行功能化修飾的深入研究，必將涌現(xiàn)出各種類(lèi)型的基于石墨烯的新型復(fù)合材料。張教授最后闡述道，石墨烯在電化學(xué)傳感器上的研究熱點(diǎn)將是如何降低傳感器成本，并提高其精度、靈敏度、選擇性和對(duì)多樣檢測(cè)物的同時(shí)檢測(cè)能力。