石墨烯电化学研究进展

孟 越，王林萍，黄 毅，黄 钊，陈 超，谭月明，傅迎春，谢青季

(湖南师范大学化学生物学及中药分析教育部重点实验室，化学化工学院，湖南长沙410081)

0 引言

碳的同素异形体主要有无定形碳、金刚石（由碳原子sp3杂化成键而成，网状结构）、石墨（由碳原子sp2杂化成键而成，层状结构）、碳炔（Carbyne，音译为卡滨，亦称链式炔碳，由碳原子的sp杂化成键而成，线型结构）、富勒烯（笼状结构）[1～2]、碳纳米管（管状结构）[3～4]和石墨烯（石墨单原子层）[5]等。其中富勒烯、碳纳米管和石墨烯分别可视为零维、一维和二维碳纳米材料，一定条件下均具有优异的导电性。富勒烯（Fullerene）是完全由碳组成的中空的球型、椭圆型、柱型或管状分子的总称，具有三维芳香性。1985年Curl，Smalley和Kroto首次报道富勒烯C60具有足球状空心对称分子结构[1]，他们于1996年获得诺贝尔化学奖。碳纳米管是由石墨原子单（或多）层弯曲而成的空心纳米管，管两端通常由富勒烯半球所封闭，故可认为碳纳米管具有球状富勒烯和片状石墨烯的组合结构。曼彻斯特大学Geim教授和Novoselov博士于2004年采用普通胶带对高取向热解石墨 （HOPG）片进行反复的机械剥离，得到了单原子层的最薄石墨片 （即石墨烯，graphene），并研究了其电场效应[5]。他们于 2010年获得诺贝尔物理学奖。石墨烯性质独特，应用潜力巨大，近几年引起了物理学、材料学、电子学和化学等领域专家学者极大的兴趣[6～7]。在美国化学会（ACS）和Wiley出版社网站，搜索2003～2013间题目含graphene的出版论文数，可看出这几年石墨烯的研究论文逐年增长（图1）。

石墨烯呈六边形蜂窝状结构，碳原子为sp2杂化[8]，石墨烯固有的大π键是其具有很强导电性的原因[9]。 石墨烯在0.1 mol/L的 PBS溶液（pH7.0）中电势窗口可达 2.5 V[10]，与石墨、玻碳和掺硼金刚石膜电极相当[10～12]。通常，石墨烯结构中存在着结构缺陷[13]，丰富了石墨烯的化学和电化学反应性[14]。石墨烯用作电极材料具有价格便宜、可化学修饰性好、电位窗口宽、催化活性较高、结构强度高和导电性好等优势[15]，在电化学及其化学/生物传感应用等领域已引起广泛关注。该文主要基于ACS文献，简要综述石墨烯电化学研究的最新进展，引用文献88篇。

图1 ACS和Wiley数据库在2003～2013年间逐年发表石墨烯论文数Fig.1 The numbers of graphene-relevant papers published in ACS and Wiley Press as functions of publication year between 2003 and 2013

1 石墨烯与电分析

石墨烯在电化学分析中的主要应用可分为以下两方面：基于目标分子直接电化学的分析检测和用作生物电分析中的载体材料[16～19]。

1.1 基于目标分子直接电化学的分析检测

这些目标物主要有无机小分子，如[Fe(CN)6]3-/4-电对、[Ru(NH3)6]3+/2+电对、重金属离子和过氧化氢；有机小分子，如三硝基甲苯（TNT）、β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、多巴胺（DA）、尿酸（UA）、抗坏血酸（AA）和核苷酸；以及氧化还原蛋白质和核酸等生物大分子，如DNA和血红蛋白。

Zhou等[10]以化学还原的石墨烯氧化物修饰的玻璃碳电极（CR-GO/GC）作为新的电极体系，提出了电化学传感和生物传感的新型实验平台。他们采用这种电极研究了一系列的无机、有机电活性物质的电化学行为，包括铁氰化钾；鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）等四种DNA碱基及短单（双）链DNA；与氧化酶/脱氢酶相关的分子 （过氧化氢/β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+和NADH））；其他生物小分子（DA、AA、UA和醋氨酚）。与石墨修饰玻璃碳电极和裸玻璃碳电极相比，CR-GO/GC电极呈现出更快的电子转移动力学。另外，CR-GO/GC电极对DNA四碱基也具有更好的电活性，使得在无需预水解的情况下也能在生理pH时检测到单链和双链DNA的四个碱基（图2），从而可检测特殊序列短链DNA的单碱基多态性（SNP），具有无标记检测核酸杂交和损伤的应用潜力。而且，该电极上H2O2和NADH也有更高的电化学反应性，籍此研制的葡萄糖氧化酶（GOx）和乙醇脱氢酶电极对其底物的检测具有更好的分析性能[10]。

类似地，Loh等[16,20]采用外延石墨烯电极在pH=7磷酸缓冲溶液中阳极化500 s（2.0 V vs Ag/AgCl），得到阳极化外延石墨烯薄膜，以此为电极材料研究了DNA、UA、AA和DA的电分析。他们报道，与玻碳电极和掺硼金刚石膜电极相比，分别服从外球机理和内球机理的电对Ru(NH3)62+/3+和Fe(CN)63-/4-在阳极化外延石墨烯电极上有更快的电子化转移速率，且基于差分脉冲伏安法，阳极化外延石墨烯电极上可实现UA和AA共存时的选择性DA电分析以及单双链DNA四个碱基的同时电分析，并能检出单碱基错配。另外，作者也进行了莫特-肖特基（Mott-Shottky）实验，发现阳极化外延石墨烯的平带电位的pH级差接近能斯特斜率，达51.3 mV/pH，明显优于无阳极化处理的外延石墨烯（12.5 mV/pH），故阳极化外延石墨烯电极还有用作pH传感器的潜力。他们认为，石墨烯阳极化处理增加了其边缘缺陷，可提供更多的反应活性位点，故其阳极化外延石墨烯电极具有优异的电分析性能。然而，他们报道Fe(CN)63-/4-在阳极化石墨烯上电活性很好，而在未阳极化处理的外延石墨烯上却几乎无电活性[16]。这点与阳极化处理会增加石墨烯的结构缺陷而导致其电子导电性降低的共识有矛盾，但他们未给出相关解释和讨论。

图2 G（蓝色）、A（橙色）、T（紫色）和 C（洋红色）分别在玻璃碳电极（A）、石墨修饰玻璃碳电极（B）和 CRGO/GC 电极（C）上的差分脉冲伏安图，以及 G、A、T 和 C 混合溶液（D）、单链 DNA（E）和双链 DNA（F）分别在石墨烯修饰电极（绿色）、石墨修饰玻璃碳电极（红色）和玻璃碳电极（黑色）上的差分脉冲伏安图。G、A、T、C、双（单）链DNA浓度：10 μg/mL。支持电解质：0.1 mol/L pH7磷酸缓冲溶液[10]Fig.2 (A)Differential pulse voltammograms （DPVs） at the GC electrode for G(blue),A(orange),T(violet),and C(magenta),respectively.(B)DPVs at the graphite/GC electrode for G(blue),A(orange),T(violet),and C(magenta),respectively.(C)DPVs at the CR-GO/GC electrode for G(blue),A(orange),T(violet),and C(magenta),respectively.(D)DPVs for a mixture of G,A,T,and C at CR-GO/GC(green),graphite/GC(red),and GC electrodes(black).(E)DPVs for ssDNA at CR-GO/GC(green),graphite/GC(red),and GC electrodes(black).(F)DPVs for dsDNA at CRGO/GC(green)graphite/GC(red),and GC electrodes(black).Concentrations for different species(A-F):G,A,T,C,ssDNA or dsDNA:10 μg/mL.Electrolyte:0.1 mol/L pH7.0 PBS

Alwarappan等[21]也 采 用 [Fe(CN)6]3-/4-和[Ru(NH3)6]3+/2+电对比较研究了单壁碳纳米管和化学氧还法制备的石墨烯修饰电极上的电化学性质。他们发现石墨烯的电活性和电子导电性优于单壁碳纳米管，在石墨烯修饰电极上可实现UA和AA共存时的神经递质DA的选择性电分析。Shang等[22]采用无催化微波等离子气相沉积法研制了多层石墨烯纳米片薄膜（MGNFs）修饰电极。这种MGNFs能较好地同时检测AA、UA和DA，其中 DA 的检测下限为 0.17 μmol/L。 Wang等[23]报道石墨烯修饰电极检测多巴胺选择性高、线性范围宽（5～200 μmol/L），比碳纳米管性能更优异，这与石墨烯表面的高导电性、大表面积及其与多巴胺的 π-π 堆积作用有关[23～24]。 Hou等[25]则利用N-(三甲氧基丙基硅烷)乙二胺四乙酸(EDTA-硅烷)的水解反应，将EDTA基团修饰在还原态石墨烯表面，并制备了其Nafion复合物。该复合物修饰电极上1 000倍的抗坏血酸对多巴胺的电分析也没有干扰，DA的检测下限可低至10 nmol/L。UA也是一个重要的生物小分子，与体内嘌呤代谢障碍相关的痛风病 （即高尿酸血症）等有关。Hong等[26]通过水溶液混合法将直径2～6 nm的荷正电金纳米粒子自组装在1-芘丁酸功能化的石墨烯片上，制备了纳米金-石墨烯复合物，其修饰电极对尿酸具有快速、高敏安培响应，检测下限低至 0.2 μmol/L。 另外，N-掺杂的石墨烯也对过氧化氢和GOx直接电化学有明显的催化作用[27]，而负载普鲁士蓝立方晶的还原石墨烯氧化物上也能实现过氧化氢还原的高效电催化[28]。

NAD+是几百种脱氢酶的辅酶，对NAD+及其还原态NADH的高敏检测是发展安培脱氢酶电极的关键。Tang等[29]对NADH在化学还原的石墨烯氧化物修饰电极上的电化学行为进行了研究，发现与石墨/玻碳和玻碳电极相比，该石墨烯电极上的电子转移速率明显加快[29]。NADH氧化峰电位从玻碳的0.70 V降至石墨烯修饰电极的0.40 V，因为石墨烯平面边缘有大量的缺陷，可为电子转移到生物样品提供了大量的活性位点。Lin等[30]对石墨烯采用亚甲绿（MG）非共价功能化，提高了其分散性。NADH氧化峰在石墨烯氧化物修饰电极上出现在～0.14 V，这比基于原始石墨烯（0.40 V）[31]和 碳纳米管生 物 传 感 器 都 低[32～34]。Song等[35]在氧化石墨烯表面修饰CuO纳米颗粒用于葡萄糖检测，检测下限为 0.69 μmol/L，线性范围为 2.79 μmol/L～2.03 mmol/L。 Li等[36]采用电还原法在电极表面沉积石墨烯和聚硫堇复合物，修饰电极对NADH的检测下限为 0.1 μmol/L，对乙醇的检测下限为 0.3 μmol/L。

基于石墨烯的电化学传感器还可用于检测重金属离子（Pb2+和 Cd2+等）。 Li等[37～38]报道Nafion-石墨烯复合膜电化学传感器，因石墨烯和Nafion有协同效应[38]，不仅提高了对金属离子（Pb2+和 Cd2+）检测的灵敏度，而且抑制了干扰，其差分脉冲阳极溶出伏安法的溶出电流明显增强，检测Pb2+和Cd2+的线性范围较宽（Pb2+和Cd2+分别为 0.5 至 50 μg/L 和 1.5 至 30 μg/L）， 对 Pb2+和Cd2+检出限（S/N=3）低至 0.02 μg/L。Wei等[39]制备了SnO2/石墨烯纳米复合物用于同时检测镉(Ⅱ)、铅(Ⅱ)、铜(Ⅱ)和汞(Ⅱ)离子，其检测下限分别为0.1、0.2、0.2 和 0.3 nmol/L。Liu 等[40]采用电沉积法合成了石墨烯和金纳米颗粒复合物，电极对砷(Ⅲ)离子的检测下限为2.7 nmol/L，线性范围为0.01～5 μmol/L。 在环境分析和安检中 TNT 的高敏、便携式检测很重要。Guo等[41]报道采用微波辅助加热法在石墨烯表面修饰上铂纳米颗粒，用于吸附溶出伏安法检测TNT。TNT的线性检测范围为 0.5～40 μg/g，检测下限为 0.3 μg/g。

石墨烯上可吸附蛋白质，故石墨烯是研究蛋白质电子转移的理想材料。Zuo等[17]研究了石墨烯氧化物（GO）修饰电极上细胞色素C、肌红蛋白和辣根过氧化物酶（HRP）等三种金属蛋白的直接电化学行为，发现GO可促进其电子转移动力学，但其生物活性几乎不受影响，并在HRP/GO/玻璃碳电极考察了过氧化氢的生物电催化行为和电分析性能[17]。Shan等[42]研究了聚乙烯吡咯烷酮保护的石墨烯/聚乙烯亚胺功能化的离子液体/GOx修饰的玻璃碳电极上GOx的直接电化学行为，所研制的酶电极对2～14 mmol/L的葡萄糖有线性响应。

1.2 用作生物电分析中的载体材料

迄今，石墨烯已用做酶电极、免疫电极和细胞/细菌电极的载体材料，简述如下。

酶电极是重要的生物分析方法之一。石墨烯氧化物表面的缺陷和含氧基团具有化学和电化学反应活性，可化学键合固定生物大分子用于研制生物传感器。Alwarappan等[43]利用羰氨反应将GOx固定在石墨烯表面，再修饰至电沉积有聚吡咯的玻璃碳电极上，研制了葡萄糖酶电极。Wang等[44]利用电化学方法还原吸附在3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的玻璃碳电极上的单层石墨烯氧化物，再籍电位还扫法接枝N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺，并共价固定GOx，研究了GOx直接电化学和葡萄糖传感。Liu等[45]利用石墨烯氧化物表面羧基的反应性，在交联试剂1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)存在下，通过羧-氨交联反应将GOx固定在石墨烯表面，所研制的酶电极对葡萄糖的线性范围上限达20 mmol/L，灵敏度为8.045 μA/[(μmol/L)cm2]。

基于石墨烯材料的非共价固定法用于生物传感研究也有很多例子。Dey等[46]利用NaBH4还原H2PtCl6，制得石墨烯-铂纳米颗粒复合物，再将其滴干修饰在玻璃碳电极上，再滴干修饰胆固醇氧化酶制得酶电极，检测胆固醇的灵敏度和检测下限分别为2.07 μA/[(μmol/L)cm2]和 0.2 μmol/L。Zeng等[47]发展了一种非常规的石墨烯层层组装（LBL）方法。石墨烯薄片先修饰上芘接枝的聚丙烯酸，再与聚乙亚胺进行交替的层层组装，所得LBL修饰电极对铁氰化钾和过氧化氢均呈现良好的电催化活性。籍改性石墨烯、GOx和葡糖淀粉酶的连续LBL，研制了检测麦芽糖的双酶传感电极，其检测下限和灵敏度分别为1.4 μmol/L(S/N=3)and 7.15 nA/[(μmol/L)cm2]。

免疫传感是生物亲和传感的重要类别，在生物分析中占有重要地位。Du等[18]采用氧化石墨烯材料研制了三明治型免疫传感器，用于磷酸化p53(S392)蛋白检测。其三明治结构为：辣根过氧化物酶标记的二抗/磷酸化p53蛋白抗原/氧化石墨烯上固定的磷酸化p53一抗/纳米金修饰的丝网印刷碳电极。该传感器对磷酸化p53蛋白检测的线性范围为 0.02～2 nmol/L， 检测下限为 0.01 nmol/L，比传统的三明治型免疫传感器低十倍，且稳定性强和重现性好。该传感器优异的性能是因为石墨烯具有快速的电子转移速度和大表面积。Wan等[18～19]提出了一种基于石墨烯氧化物放大、银增强的硫酸盐还原菌（SRB）高敏免疫检测方法（图3）。他们采用三明治型免疫检测模式：SRB抗体标记的石墨烯氧化物/SRB/SRB抗体/汞膜修饰的玻璃碳电极。因为石墨烯氧化物可催化氢醌存在下银离子的化学还原，石墨烯氧化物标记的二抗可加速原子银沉积在电极表面，再籍电位溶出分析（PSA）法检测所沉积的单质银，可高敏检测 SRB。 其线性检测范围为 1.8×102～1.8×108cfu/mL，检测下限为50 cfu/mL。 另外，Akhavan等[48]研究了石墨烯的抗菌活性，发现还原态石墨烯的抗菌活性比石墨烯氧化物高，可能与其更好的电子转移性能和更锋利的边缘有关。Hu等[49]研究了石墨烯氧化物纳米片及其还原态的抗菌活性，发现两种纳米片均可抑制大肠杆菌的生长，但细胞毒性很小，有可能制备出高性能的抗菌纸。Zhang等[50]研究了石墨烯对神经嗜铬细胞瘤PC12细胞的细胞毒性，发现其细胞毒性与其浓度和外形有关。

图3 硫酸盐还原菌（SRB）的石墨烯氧化物放大、银增强检测示意图[19]Fig.3 Schematic representation for sulphate-reducing bacteria(SRB)detection based on the GO sheet-amplified immunoassay combined with the silver enhancement

2 石墨烯与能源电化学

2.1 超级电容器

超级电容器按工作原理可分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器，具有充电时间短、使用寿命长、节能环保等特点[51]。双电层型超级电容器是纯粹基于双电层原理的电容器，电荷只是在电容器极板上充电集聚/放电中和，不启动电解质组分的氧化还原反应，电容值正比于电极真实面积。双电层型超级电容器常采用具有高比表面积的电极材料研制，如活性炭、碳纤维、碳纳米管等。赝电容型超级电容器是利用一些金属氧化物和/或导电高分子的特殊电化学反应研制的超级电容器。涉及到的金属氧化物材料主要包括NiOx、MnO2和V2O5等，导电高分子材料包括聚吡咯（PPY）、聚噻吩（PTH）和聚苯胺（PANI）及其衍生化导电高分子，这些材料的某些电极过程呈现出类似于双电层电容的伏安特性（赝电容）。赝电容型超级电容器具有很高的能量密度[25,52]。石墨烯作为一种导电二维纳米碳材料，表面积大（单层石墨烯的比表面积高达2 630 m2/g[53]），导电性高，可化学修饰性强，具有可弯曲性[54]，制备成本较低，是研制超级电容器的理想材料[15]。

Biswas等[55]采用分散在水中的石墨烯滴干在玻璃片上，反复滴干石墨烯，然后形成石墨烯沉积膜，然后采用这种沉积膜构造双电层超级电容器，其比电容值较小仅为80 F/g。Yu等[56]在石墨烯表面修饰聚乙亚胺，然后自组装上碳纳米管，构成双电层超级电容器。因为这种方法扩大了表面积，因而比电容值增至120 F/g。Stoller等[53]研制的石墨烯超电容在水相和有机相电解质中的比电容分别达135和99 F/g。Wang等[57]研制的石墨烯超级电容器所能达到的比电容为205 F/g。Liu等[58]研制的石墨烯电极具有超高的比能量密度（室温达85.6 Wh/kg，电流密度为1 A/g时测得），与镍-氢化物电池相当，但超级电容器的充放电速度在秒级或分钟级。他们的技术关键是充分利用了单层石墨烯的表面电容，即制备了卷曲的石墨烯而可避免石墨烯单层间的面对面堆积，亦可形成能容纳具有高操作电压的离子液体（＞4 V）的中孔。离子液体聚合物也已用于石墨烯超级电容器的研制[59]。Lee等[60]采用气相沉积法制备了多孔石墨烯，用作超级电容电极材料，比电容达206 F/g。

石墨烯可与具有赝电容特征的导电高分子（聚苯胺[61～62]和聚吡咯[63～64]）和金属（氢）氧化物（Ni(OH)2[65]、Co(OH)2[66]、MnO2[67]）等材料构成复合物，这种材料有利于增加比电容值。在石墨烯表面上可采用化学和电化学等方法制备导电高分子材料，基于氧化石墨烯-导电高分子所制备的超级电容可达到746 F/g的比电容[68]，但其稳定性和使用寿命欠佳[62,68]。通常，氧化石墨烯因具有含氧基团而亲水，有利于其高分子复合物的水相制备，而还原态石墨烯却难以在水中分散。采用石墨烯-Ni(OH)2复合材料的超级电容器的比电容可高达1 335 F/g[65]。

2.2 用作锂电池电极材料

石墨烯作为锂电池正极材料的研究相对而言较多，普遍的方法是在石墨烯表面修饰Mn3O4[69]、Co3O4[70]、Li4Ti5O12[71]、Fe3O4[72]和 SnO2[73]（图4），修饰后的石墨烯层层相叠，因此提高了对锂离子的吸收量。因石墨烯具有良好的导电性和很高的结构强度，可作为良好的支撑材料，从而增大真实面积，使正极材料反应效率大幅提高。这种方法所得到的正极材料的性能接近理论值[69]，具有良好的稳定性[70]。

图4 石墨烯纳米片（GNSs）和Fe3O4颗粒构成的锂离子柔性插层结构示意图[72]Fig.4 Schematic of a flexible interleaved structure consisting of GNSs and Fe3O4particles

石墨烯可直接作为负极材料。Reddy等[74]对石墨烯进行N掺杂，将锂离子的容纳能力提高一倍，但这种材料的稳定性不是特别好[74]。

2.3 燃料电池相关的应用

石墨烯表面积大、厚度薄和电子转移速度快，作为燃料电池电极材料可增大反应面积、提高反应速率。石墨烯可通过N掺杂而直接作为氧还原燃料电池电极材料[75]，对甲醇电池的电流密度可达0.50 mA/cm2，且稳定性好，而铂修饰玻碳电极的电流密度仅为0.23 mA/cm2。

Shang等[76]和Yoo等[77]在石墨烯表面修饰铂纳米粒子作为燃料电池电极材料，能较好地提高电池电流，对甲醇氧化的电流密度达到11.77 mA/（cm2·g）[76]和 0.6 mA/cm2[77]。 Zhang 等[78]把金铂合金纳米材料修饰在石墨烯表面作为燃料电池电极材料，甲酸氧化电流达2.310 A/mg，电极电流略比铂修饰石墨烯电极稳定。Liu等[79]在石墨烯表面修饰PtAg纳米颗粒用作甲醇燃料电池的阴极材料，性能良好。

石墨烯还可用于储氢。Jin等[80]证实石墨烯氧化物在77 K温度和2个大气压下，储氢量可达到～1.9%质量分数和500 m2/g，比传统的碳材料高20%～35%。

3 基于石墨烯的光透电极

常规光透电极主要是铟锡氧化物镀膜的石英和普通玻璃，主要用于LCD、OLED（有机发光二极管）、触摸屏和太阳能电池电极等。铟锡氧化物玻璃主要有以下问题：铟价格昂贵且储量少、铟锡氧化物镀层脆弱且常需真空环境制膜、玻璃基底缺乏柔韧性，限制了铟锡氧化物光透电极的应用。原子级厚度石墨烯透光性好[81]、导电性高、机械强度大、制备成本低，是制作光透电极的可选材料，尤其是制作柔性光透电极。

Li等[82]通过化学气相沉积法，制备了厘米级尺寸的可弯曲石墨烯光透电极，光透性和导电性良好。他们发现，石墨烯膜导电性随厚度增加而增大，单层石墨烯膜的表面电阻为2 100 Ω/sq，四层时降为350 Ω/sq，而透光率仍有90%[82]。Jeong等[83]将还原石墨烯使用透析膜过滤，再使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）板从透析膜黏上石墨烯，然后印上聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜上形成导电薄膜。这种导电薄膜表面电阻为2.2 Ω/sq，透光率为80%[83]。Zhu等[84]使用化学气相沉积法（CVD）制得大面积石墨烯带，再转移制成光透导电膜，其表面电阻仅为800 Ω/sq，透光率为78%。

碳纳米管和石墨烯结合制作光透电极，可改善光透电极的性能，因碳纳米管薄层亦具有良好的导电性和透光性。Hong等[85]通过石墨烯和碳纳米管在基板上层层自组装的方法制得导电光透膜，其表面电阻为8 Ω/sq，透光率为81%。King等[86]在碳纳米管中掺入3%质量分数的石墨烯，制得导电光透膜，其表面电阻为140 Ω/sq，透光率为72%。

基于石墨烯材料的光透电极可用于染料敏化太阳能电池中。Wang等[87]将氧化石墨烯化学还原后制得石墨烯光透膜电极，电极电导率达550 S/cm，在1 000～3 000 nm波长下透光率大于70%，虽然这种材料的透光性比氧化铟低但产生的电流密度比氧化铟高，同时具有较高的化学和热稳定性。Kavan等[88]使石墨烯分散在掺F二氧化锡板上作为染料敏化电池的阴极，达到308 S/cm的导电率和高达91%的透光率。

4 展望

石墨烯作为原子级厚度的二维纳米碳材料，具有导电性好、强度高、可化学修饰性好、可便利地化学制备、成本较低等特点，是电化学研究和分析的多用途材料之一；同时，电化学法也是研究石墨烯材料的重要方法。其实，电化学工作者对石墨电极并不陌生，而石墨烯只是原子级厚度的超薄石墨片而已，虽然石墨烯有一些独特性质，且更易于与其他材料组成复合材料，但石墨烯表面的基本电化学性质与石墨电极表面当有类同之处。显然，电化学和电分析工作者在石墨和碳电极上的很多知识和经验将大力推动石墨烯基础和应用研究的快速发展。

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