第1章 引论 1
1.1 碳材料简介 1
1.1.1 碳元素简介 2
1.1.2 传统碳材料 3
1.1.3 纳米碳材料 6
1.2 碳纳米材料的分类 14
1.2.1 碳纳米材料的定义 14
1.2.2 碳纳米材料的分类 14
1.2.3 碳纳米复合材料 17
1.3 碳纳米材料的性能 24
1.3.1 碳纳米材料纳米效应 24
1.3.2 碳纳米材料物理特性 25
1.3.3 碳纳米材料电学特性 25
1.3.4 碳纳米材料化学特性 26
1.4 碳纳米材料的电化学应用 27
1.4.1 碳纳米材料在电化学储氢、储锂中的应用 27
1.4.2 碳纳米材料在燃料电池中的应用 28
1.4.3 碳纳米材料在超级电容器中的应用 29
1.4.4 碳纳米材料在电化学及生物传感中的应用 29
1.5 电化学传感技术与碳纳米材料的发展 31
1.5.1 电化学及生物传感技术研究现状 31
1.5.2 碳纳米材料与电化学传感技术的发展方向 32
参考文献 34
第2章 碳纳米材料的制备 38
2.1 活性炭制备 38
2.1.1 制备原料 38
2.1.2 物理活化法 39
2.1.3 化学活化法 39
2.1.4 化学物理活化法 39
2.1.5 其它活化制备方法 40
2.2 碳纳米纤维的制备 40
2.2.1 化学气相沉积法 40
2.2.2 固相合成法 42
2.2.3 静电纺丝法 42
2.2.4 生物制备法 43
2.3 碳纳米管制备 43
2.3.1 电弧放电法 43
2.3.2 激光蒸发法 44
2.3.3 化学气相沉积法 45
2.3.4 聚合物热解法 46
2.3.5 其它制备方法 47
2.4 介孔碳制备 47
2.4.1 金属催化活化法 48
2.4.2 有机凝胶炭化法 48
2.4.3 模板法 49
2.5 石墨烯制备 53
2.5.1 机械剥离法 55
2.5.2 化学剥离法 58
2.5.3 外延生长法 59
2.5.4 氧化石墨还原法 60
2.5.5 溶剂热法 62
2.5.6 有机合成法 63
2.5.7 碳纳米管转化法 64
参考文献 65
第3章 碳纳米材料的复合及功能化 68
3.1 功能化碳纳米材料的类型 68
3.1.1 功能化碳纳米材料的起源 68
3.1.2 功能化碳纳米材料的分类 69
3.1.3 功能化碳纳米材料的结构 70
3.2 碳纳米材料的功能化方法 74
3.2.1 非共价功能化 74
3.2.2 共价功能化 78
3.2.3 掺杂功能化 81
3.2.4 其它功能化方法 83
3.3 功能化碳纳米材料的性能 84
3.3.1 功能化碳纳米材料的力学性能 84
3.3.2 功能化碳纳米材料的电学性能 84
3.3.3 功能化碳纳米材料的热学性能 85
3.3.4 功能化碳纳米材料的光学性能 86
3.4 碳纳米复合材料的分类 87
3.4.1 碳纳米／聚合物复合材料 87
3.4.2 碳纳米／其它纳米粒子复合材料 88
3.4.3 碳纳米／有机小分子复合材料 90
3.4.4 多维碳纳米复合材料 91
3.5 碳纳米复合材料的制备 92
3.5.1 溶液共混法 92
3.5.2 熔融共混法 92
3.5.3 原位聚合法 93
3.5.4 原位生长法 94
3.5.5 层层组装法 96
3.6 碳纳米复合材料的应用 97
3.6.1 传感分析 97
3.6.2 储能材料 98
3.6.3 生物医药 100
3.6.4 催化领域 102
3.6.5 吸附材料 103
3.6.6 其它应用 104
参考文献 105
第4章 碳纳米材料的表征 111
4.1 碳纳米材料表征分析的意义 111
4.1.1 碳纳米材料表征的重要性 111
4.1.2 碳纳米材料表征的特点 114
4.1.3 碳纳米材料表征的内容 116
4.2 碳纳米材料表征分析方法分类 118
4.2.1 碳纳米材料形貌分析 118
4.2.2 碳纳米材料成分分析 119
4.2.3 碳纳米材料结构分析 120
4.2.4 碳纳米材料价键分析 121
4.2.5 碳纳米材料表面分析 121
4.3 碳纳米材料形貌分析技术 121
4.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 121
4.3.2 透射电子显微镜（TEM） 123
4.3.3 扫描隧道显微镜（STM） 124
4.3.4 原子力显微镜（AFM） 126
4.4 碳纳米材料成分分析技术 127
4.4.1 X射线能谱基本原理 127
4.4.2 X射线能谱测试过程 128
4.4.3 X射线能谱表征应用 128
4.5 碳纳米材料结构分析技术 129
4.5.1 X射线衍射法基本原理 129
4.5.2 X射线衍射法测试过程 130
4.5.3 X射线衍射法表征应用 131
4.6 碳纳米材料价键分析技术 134
4.6.1 红外光谱表征技术 134
4.6.2 拉曼光谱表征技术 137
4.7 碳纳米材料表面分析技术 140
4.7.1 X射线光电子能谱基本原理 140
4.7.2 电子能谱测试过程 140
4.7.3 电子能谱表征应用 141
4.8 碳纳米材料物理性能分析技术 143
4.8.1 紫外－可见光谱分析 143
4.8.2 比表面积及孔隙结构分析 145
4.8.3 磁学性质分析 147
4.8.4 光学性质分析 148
4.8.5 电容性能分析 148
参考文献 150
第5章 碳纳米材料修饰电极 153
5.1 碳纳米材料修饰电极的特点 153
5.1.1 碳纳米材料修饰电极的电催化特点 154
5.1.2 碳纳米材料修饰电极的电催化类型 155
5.2 碳纳米材料修饰电极分类 156
5.2.1 碳纳米管修饰电极 156
5.2.2 介孔碳修饰电极 157
5.2.3 石墨烯修饰电极 158
5.2.4 碳纳米复合材料修饰电极 158
5.3 碳纳米材料修饰电极制备 159
5.3.1 涂布法 160
5.3.2 组合法 160
5.3.3 共价键合法 161
5.3.4 聚合物薄膜法 161
5.3.5 吸附法 161
5.4 碳纳米材料修饰电极表征 162
5.4.1 电子显微表征技术 162
5.4.2 光谱表征技术 163
5.4.3 电化学表征技术 166
5.4.4 其它表征技术 167
5.5 碳纳米材料修饰电极研究现状 168
5.5.1 本征碳纳米材料修饰电极 169
5.5.2 碳纳米／无机复合材料修饰电极 170
5.5.3 碳纳米／有机复合材料修饰电极 172
5.5.4 碳纳米／无机－有机复合材料修饰电极 175
5.6 碳纳米材料修饰电极发展方向 177
5.6.1 碳纳米材料的化学修饰 178
5.6.2 碳纳米材料的化学掺杂 178
5.6.3 碳纳米材料的表面功能化 179
5.6.4 碳纳米材料的潜在应用 180
参考文献 181
第6章 碳纳米材料在生命电分析化学中的应用 186
6.1 电化学生物传感器简介 186
6.1.1 电化学生物传感的基本原理 186
6.1.2 电化学生物传感的主要方法 187
6.1.3 电化学生物传感的研究任务 188
6.1.4 电化学生物传感的发展趋势 188
6.2 碳纳米材料的生物传感功能 189
6.2.1 电子传输作用 189
6.2.2 界面电催化作用 189
6.2.3 修饰物的固定作用 190
6.2.4 选择性作用 190
6.3 电化学生物传感的研究对象 191
6.3.1 生物小分子 191
6.3.2 神经递质 192
6.3.3 蛋白质 192
6.3.4 核酸 194
6.3.5 细胞 195
6.4 基于碳纳米纤维的生命电分析化学 196
6.4.1 生物小分子 196
6.4.2 神经递质 197
6.4.3 蛋白质 197
6.4.4 核酸 198
6.4.5 细胞 199
6.5 基于碳纳米管的生命电分析化学 199
6.5.1 生物小分子 199
6.5.2 神经递质 200
6.5.3 蛋白质 200
6.5.4 核酸 203
6.5.5 细胞 204
6.6 基于介孔碳的生命电分析化学 205
6.6.1 生物小分子 205
6.6.2 神经递质 206
6.6.3 蛋白质 206
6.6.4 核酸 207
6.6.5 细胞 208
6.7 基于石墨烯的生命电分析化学 208
6.7.1 生物小分子 208
6.7.2 神经递质 209
6.7.3 蛋白质 210
6.7.4 核酸 211
6.7.5 细胞 212
参考文献 213
第7章 碳纳米材料在环境电分析化学中的应用 218
7.1 环境电分析化学简介 218
7.1.1 环境电分析化学基本原理 219
7.1.2 环境电分析化学研究方法 220
7.1.3 环境电分析化学研究任务 221
7.1.4 环境电分析化学发展趋势 222
7.2 碳纳米材料的环境分析功能 223
7.2.1 电子传输作用 223
7.2.2 电催化作用 224
7.2.3 稳定性作用 225
7.2.4 选择性作用 226
7.3 环境电分析化学研究对象 226
7.3.1 重金属离子 227
7.3.2 无机阴离子 228
7.3.3 有机污染物 229
7.3.4 其它典型污染物 231
7.4 基于碳纳米管的环境电分析化学 232
7.4.1 重金属离子 232
7.4.2 无机阴离子 233
7.4.3 有机污染物 234
7.4.4 其它典型污染物 235
7.5 基于介孔碳的环境电分析化学 237
7.5.1 重金属离子 237
7.5.2 无机阴离子 237
7.5.3 有机污染物 238
7.5.4 其它典型污染物 239
7.6 基于石墨烯的环境电分析化学 240
7.6.1 重金属离子 240
7.6.2 无机阴离子 241
7.6.3 有机污染物 242
7.6.4 其它典型污染物 244
参考文献 245
第8章 碳纳米材料在药物电分析化学中的应用 248
8.1 药物电分析化学简介 248
8.1.1 药物电分析化学基本原理 249
8.1.2 药物电分析化学研究方法 250
8.1.3 药物电分析化学研究任务 251
8.1.4 药物电分析化学发展趋势 252
8.2 碳纳米材料的药物分析功能 253
8.2.1 电子传输作用 253
8.2.2 电催化作用 254
8.2.3 稳定性作用 255
8.2.4 选择性作用 255
8.3 药物电分析化学研究对象 256
8.3.1 抗生素类药物 257
8.3.2 抗病毒类药物 258
8.3.3 镇痛类药物 258
8.3.4 激素类药物 259
8.4 基于碳纳米管的药物电分析化学 260
8.4.1 抗生素类药物 260
8.4.2 抗病毒类药物 261
8.4.3 镇痛类药物 262
8.4.4 激素类药物 263
8.5 基于介孔碳的药物电分析化学 264
8.5.1 抗生素类药物 264
8.5.2 抗病毒类药物 265
8.5.3 镇痛类药物 266
8.5.4 激素类药物 266
8.6 基于石墨烯的药物电分析化学 267
8.6.1 抗生素类药物 267
8.6.2 抗病毒类药物 268
8.6.3 镇痛类药物 269
8.6.4 激素类药物 270
参考文献 272