导电聚合物/氧化石墨烯复合电极在生物电化学体系中的应用研究(3)
导电高分子聚合物有很多优点，包括电导率范围宽、高弹性、密度低、质量轻、耐腐蚀、柔软等。在其他方面诸如生物传感领域等，导电高分子聚合物优秀的电化学活性、良好的导电能力以及较为低廉的原料成本使得研究人员对它们格外青睐，但其导电性能和结构不够稳定，大大缩短了最终制成的传感器的寿命，因此仍需要更多的研究来完善。目前的研究方向主要聚集在增加聚合物电极的循环寿命、提高电极放电性能、增强热稳定性以及探索导电聚合物与不同电极材料制成性能更高的复合物等方面。目前关于导电聚合物和碳材料复合的研究较多，通过聚合物与层状无机物例如氧化石墨、氧化石墨烯等的复合，导电聚合物的致密性[16]及热稳定性可得到显著改善。最为突出的研究成果为通过插层氧化石墨纳米复合材料制作出的电极材料各项性能（如导电能力、热稳定性和致密性等）表现优异，实际应用的前景广阔，基于此类的研究深受人们关注。
石墨毡因其较大的比表面积以及较高的稳定性常常被用作制备电极的基本材料。实验发现采用氧化法（硫酸液相氧化法和空气氧化法）对石墨毡进行活化处理后得到的石墨毡电极材料微观表层的表面有活性基团C-OH生成，这有助于提高其对VO2+/VO2+电对的催化活性，但是这两种方法耗时过过长，工业化生产难度较大。改用电化学氧化法活化处理石墨毡后实际应用制作复合材料的研究已有文献报道[17,18]，采用连续电化学氧化处理石墨毡并实际应用于微生物燃料电池后发现性能得到显著提升。将电化学方法处理过的石墨毡材料用于制作MFC的阳极后产生的电流约为1.13 mA，相较使用未处理过的石墨毡作阳极的MFC提高了39.5％。研究表明，石墨毡电极和产电菌之间的电子耦合可通过电极的电化学氧化反应得到进一步增强。更深入的研究则表明，电化学氧化中新生成的羧基负责增强电子的转移效率，正是由于它们的强氢键，使得产电细菌的细胞内存在色素肽键[19]。
正是由于导电聚合物的结构及稳定性不够理想，而石墨毡具有较高的稳定性以及很大的比表面积，两者很好的形成了互补，所以基于两者的研究可以显著提高导电材料的性能，是改进电极材料的一个重要方向，基于此点的研究对提高MFC的性能有重要意义，在实际应用中的潜力巨大。
本论文的主要内容是关于氧化石墨烯的制备和聚苯胺/氧化石墨烯复合电极的制备以及复合电极的表征及应用。
2 实验材料与方法
2.1 实验仪器与药品
表2.1 实验室所需主要仪器
仪器名称 型号 生产厂家
数控超声波清洗器 KQ3200DE 昆山超声仪器有限公司
恒温磁力搅拌器 C-MAG HS7 IKA
精密天平 PL203 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司
电化学工作站 VMP3 法国Bio-Logic
数显恒温水浴锅 HH-6 国华电器有限公司
LES漩涡混合气 6776 Corntng
数字多用表 9800系列 深圳胜利高电子科技有限公司
冰箱 BCD-203FH 北京海信电器
扫描电子显微镜（SEM） JEOLJSM-6380LV 日本电子株式会社
拉曼光谱仪 ─ 法国DILORI
真空干燥箱 XMTD-8222 精宏仪器有限公司
电热鼓风干燥机 ─ 上海一恒科学仪器有限公司