自碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料问世以来，由于这些碳纳米材料拥有的诸多特异物理和化学性能，被研究者迅速引入到化学修饰电极研究领域。各种性能迥异的碳纳米材料修饰电极在环境、能源、传感、生物、医药等领域展现出了其特有的魅力
　　本书将多年来有关碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料电分析化学相关的研究进行了较为系统地归纳、总结与分类。

　　《碳纳米材料在电分析化学中的应用》介绍了碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料在电分析化学领域的发展历史、研究现状及发展趋势。系统地阐述了碳纳米及其复合材料的制备、表征及在电分析领域的新成就和前沿研究，重点介绍了碳纳米材料修饰电极的基础知识、基于碳纳米材料的电化学分析方法和技术。对碳纳米材料在生命电化学传感分析、环境电化学传感分析和药物电化学传感分析中的应用作了比较详细的介绍。对基于碳纳米材料的电化学分析方法及技术的研究现状和发展趋势也作了适当的介绍。
　　《碳纳米材料在电分析化学中的应用》适用于电分析化学工作者、碳纳米材料科技人员等参考阅读，也适用于高等院校相关专业教师、研究生以及本科生的参考书。

前言
第1章 引论
1.1 碳材料简介
1.2 碳纳米材料的分类
1.3 碳纳米材料的性能
1.4 碳纳米材料的电化学应用
1.5 电化学传感技术与碳纳米材料的发展
参考文献
第2章 碳纳米材料的制备
2.1 活性炭制备
2.2 碳纳米纤维的制备
2.3 碳纳米管制备
2.4 介孔碳制备
2.5 石墨烯制备
参考文献
第3章 碳纳米材料的复合及功能化
3.1 功能化碳纳米材料的类型
3.2 碳纳米材料的功能化方法
3.3 功能化碳纳米材料的性能
3.4 碳纳米复合材料的分类
3.5 碳纳米复合材料的制备
3.6 碳纳米复合材料的应用
参考文献
第4章 碳纳米材料的表征
4.1 碳纳米材料表征分析的意义
4.2 碳纳米材料表征分析方法分类
4.3 碳纳米材料形貌分析技术
4.4 碳纳米材料成分分析技术
4.5 碳纳米材料结构分析技术
4.6 碳纳米材料价键分析技术
4.7 碳纳米材料表面分析技术
4.8 碳纳米材料物理性能分析技术
参考文献
第5章 碳纳米材料修饰电极
5.1 碳纳米材料修饰电极的特点
5.2 碳纳米材料修饰电极分类
5.3 碳纳米材料修饰电极制备
5.4 碳纳米材料修饰电极表征
5.5 碳纳米材料修饰电极研究现状
5.6 碳纳米材料修饰电极发展方向
参考文献
第6章 碳纳米材料在生命电分析化学中的应用
6.1 电化学生物传感器简介
6.2 碳纳米材料的生物传感功能
6.3 电化学生物传感的研究对象
6.4 基于碳纳米纤维的生命电分析化学
6.5 基于碳纳米管的生命电分析化学
6.6 基于介孔碳的生命电分析化学
6.7 基于石墨烯的生命电分析化学
参考文献
第7章 碳纳米材料在环境电分析化学中的应用
7.1 环境电分析化学简介
7.2 碳纳米材料的环境分析功能
7.3 环境电分析化学研究对象
7.4 基于碳纳米管的环境电分析化学
7.5 基于介孔碳的环境电分析化学
7.6 基于石墨烯的环境电分析化学
参考文献
第8章 碳纳米材料在药物电分析化学中的应用
8.1 药物电分析化学简介
8.2 碳纳米材料的药物分析功能
8.3 药物电分析化学研究对象
8.4 基于碳纳米管的药物电分析化学
8.5 基于介孔碳的药物电分析化学
8.6 基于石墨烯的药物电分析化学
参考文献

　　前言
　　自碳纳米纤维、碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料问世以来，由于这些碳纳米材料拥有诸多特异的物理和化学性能，迅速被研究者引入到化学修饰电极研究领域。各种性能迥异的碳纳米材料修饰电极在环境、能源、生物、医药等领域展现出了其特有的魅力。尤其在生命电分析化学、环境电分析化学和药物电分析化学领域得到了广泛的应用，且发展极为迅猛。目前，碳纳米材料的制备、表征，基于碳纳米及其复合材料修饰电极的制备、表征以及其电分析化学应用相关的著作尚不多见。鉴于此，本课题组将多年来有关碳纳米管、介孔碳和石墨烯等碳纳米材料电分析化学相关的研究，并结合已报道的相关文献进行了较为系统的归纳、总结与分类，最终整理成本书，以求为相关学科的研究人员，高等学校本科生以及研究生等提供一些参考。
　　全书由8部分组成，第1章为引论；第2章为碳纳米材料的制备；第3章为碳纳米材料的复合及功能化；第4章为碳纳米材料的表征；第5章为碳纳米材料修饰电极；第6章为碳纳米材料在生命电分析化学中的应用；第7章为碳纳米材料在环境电分析化学中的应用；第8章为碳纳米材料在药物电分析化学中的应用。其中第1、4、5、7章由饶红红博士（兰州城市学院化学与环境科学学院）编写，第2、3、6、8章由薛中华博士（西北师范大学化学化工学院）编写，卢小泉教授（西北师范大学化学化工学院）负责全书策划及统稿。
　　本书研究工作先后得到了国家自然科学基金基金项目（21265009，21265018）的支持，并得到了甘肃省生物电化学与环境分析重点实验室、甘肃省电化学技术与纳米器件工程实验室以及兰州城市学院化学与环境科学学院提供的各种帮助，在此一并表示感谢。本书引用了部分国内公开发表的文献资料，在此向原文献作者表示感谢。本书撰写过程中，侯辉辉、王晖、何南、王晓芬、熊璐璐、付小霞、殷博、李梦茜等参与了大量的文献查阅和文字校对等工作，在此一并表示感谢。
　　由于笔者水平有限，书中难免有不当之处，而且碳纳米材料以及电化学分析技术发展极为迅速、日新月异，本书的部分内容很有可能与最新的研究成果存在一定的差异，敬请广大读者批评指正。
　　饶红红　薛中华　卢小泉
　　2016年1月

　　1.1　碳材料简介
　　碳材料种类繁多，诸如天然石墨、玻璃碳、硬碳、多孔活性炭、高取向石墨、炭黑、金刚石、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、纳米碳晶体、碳纳米锥以及现在研究很热的石墨烯等材料。由于上述材料可以和不同的无机物和有机物进行复合，得到更多的新型功能化复合碳材料；也可通过元素的掺杂，得到丰富的掺杂复合材料。因此，碳材料在机械工业（轴承、密封及制动元件等）、电子工业（各种电极及电子元件等）、电气工业（电刷、集电体和触点等）、航空航天（结构材料、绝热和耐烧蚀材料等）、核能工业（反射材料和屏蔽材料等）、冶金工业（电极、发热元件、坩埚和模具等）、化学工业（化工设备和过滤器等）、能源催化（能量储存和电荷转移）、环境分析（传感检测平台和污染物吸附剂等）以及生命医学（疾病检测平台和药物传输）等领域都得到了广泛的应用。
　　1.1.1　碳元素简介
　　碳（carbon，源自carbo，即木炭），作为人类最早接触到的元素之一，也是人类最早发现并利用的元素之一。自从人类出现以后，就和碳有了接触。闪电使木材燃烧后残留下木炭，动物被烧死以后，便会剩下骨炭，人类在学会了利用火之后，碳就成为人类最永久的“伙伴”了，所以人类对碳的认识可以追溯到远古时代。这一点，可以从拉瓦锡（Lavoisier）1787年编著的《化学命名法》和1789年编制的《元素表》中得到验证。此后，碳元素逐渐被人们所熟悉。
　　碳族元素位于周期表的ⅣA族，原子的最外层都有4个电子，其特征电子构型为ns2 np2（n=2～6）。在元素周期表中，碳元素（元素符号C）的原子序号是6，相对原子质量为12.0107，位于非金属性最强的卤素元素和金属性最强的碱金属之间。在化学反应中它既不容易失去电子，也不容易得到电子，难以形成离子键，而易形成其特有的共价键，其最高共价数为4。
　　在宇宙中，碳的储量排名第六。碳在地壳中的质量分数约为0.027%，在自然界中分布很广。碳在自然界中存在有三种同素异形体——金刚石、石墨和C60。作为世界上最硬和最软的矿石，金刚石和石墨早已被人们所知。C60是由60个碳原子组成的一种球状且稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后碳的第三种同素异形体。除上述单质同素异形体外，在自然界中，碳常见的化合物主要有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。从以上碳的存在形式可以看出，碳化合物主要涉及一些无机化合物，因此，可将研究碳的科学归属于无机化学研究的范畴。但是，由于碳元素还存在于形形色色的生命体基础物质中，这些又可以归属到有机化学的范畴。从广义上讲，碳化学或者碳材料物质不但包含了无机化学，又涉及有机化学。这主要是由碳的化学性质所决定的，因为它有非常多形成化学键的模式。碳原子有一个半满的最外层电子，且原子体积相对较小。这些特殊的结构特点使得碳原子具有许多特异的性能，如碳形成的共价键可以是单键、双键、三键，且一个碳原子可以和另一个碳原子形成化学键，使得碳原子能够形成长链，这正是有机物质的基础。碳的有机化合物有烃、醇、醛、酮、酸、酯、醚、糖、胺、酰胺、苯等十几类，生物体的主要成分如蛋白质、脂肪、糖类、淀粉、纤维素、维生素、色素、激素和核酸等。可见，由于其特殊的物理化学性质，造就了碳元素作为生命物质的基础元素被人们所关注。
　　碳元素虽然在自然界中的丰度不高（0.027%），但由于元素物理化学性质的特殊性，使得基于碳元素的材料科学得以蓬勃发展。作为人类生存和发展的物质基础，材料是人类社会文明的重要支柱。无论何种物质的材料，其制备到应用都会经历传统材料到新型材料的过渡进程。碳材料发展过程也不例外，按照材料的结构特征、性能及发展历程可将其分为传统碳材料、纳米碳材料和新型碳材料。
　　1.1.2　传统碳材料
　　一般情况下，人们对于一种材料的认识，始于其在自然界存在的天然组分或者天然材料的关注，或者对天然存在的物质加以简单的加工，进而得到传统型材料。传统碳材料主要有石墨、炭黑、金刚石、富勒烯和碳纤维。
　　①石墨　其名称源于希腊文（Graphein），由德国化学家和矿物学家A.G.Werner，于1789年命名。作为碳元素的一种同素异形体，石墨晶体中同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成片层结构，这里C—C键的键长皆为142pm，正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，这些电子能够自由移动，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体的特征。因此，石墨也可以归类于金属晶体。通常，石墨呈六方板状晶体，属复六方双锥晶类，常见晶形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状，集合体呈致密块状、土状或球状。天然石墨一般以矿石形式出现，主要有石墨片岩、石墨片麻岩、含石墨的片岩及变质页岩等矿石。石墨的工艺性能及用途主要取决于其结晶的程度，天然石墨依其结晶形态可分成晶质石墨（鳞片石墨）和隐晶质石墨（土状石墨）两种类型。晶质（鳞片）石墨矿石中，石墨晶体直径通常均大于1μm，且呈鳞片状。由于常伴有共生矿物，诸如云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴子石和少量黄铁矿、方解石和金红石及钒等矿石，因此矿石品位相对较低，但可选性好。晶质石墨矿石通常呈鳞片状、花岗鳞片或粒状变晶结构，少数呈片状、片麻状或块状构造。按照固定碳含量，可将晶质石墨分为高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨及低碳石墨四大类型（见表1-1）。隐晶质石墨也叫土状石墨或无定形石墨，隐晶质石墨矿石中，石墨晶体的直径通常小于1μm，呈微晶的集合体，在电子显微镜下才能见到晶形，一般呈微细鳞片——隐晶质结构，块状或土状构造。该类型石墨伴生的矿物较少，常见的有石英和方解石，因此隐晶质石墨矿石品位高，但可选性差。隐晶质石墨主要用于铅笔、电池、焊条、石墨乳剂、石墨轴承的配料及电池碳棒的原料等；无铁要求的隐晶质石墨主要用于铸造材料、耐火材料、染料及电极糊等的原料[3]。