Pt基納米材料的制備及其在燃料電池和免疫傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平也在逐漸的提高，所以人們對自己的身體健康狀態(tài)也越來越關(guān)注了；也因此對環(huán)境，能源等各方面的要求也越來越高，所以，近年來對能源，生物，環(huán)境安全等領(lǐng)域的研究也越來越多。因為納米材料的粒徑大小在1～100 nm之間，所以具有特殊的結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因此，和常規(guī)材料相比，具有一些特殊的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。正因為納米材料有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，所以在傳感器，燃料電池，環(huán)境檢測等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
　

2、　直接甲醇燃料電池(DMFC)具有安全，高效等特點(diǎn)，且在室溫等溫和條件下就能進(jìn)行反應(yīng)，因為電池中的燃料為甲醇，所以燃料電池在儲存和運(yùn)輸?shù)确矫娑挤浅７奖恪Ｒ虼?，可以作為一種解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的發(fā)電裝置，且因為體積小，所以在移動電源和便攜式電源等領(lǐng)域都具有良好的發(fā)展前景。然而，因為甲醇的催化氧化過程中生成的中間產(chǎn)物CO等容易引起Pt催化劑的中毒，而造成催化劑的催化活性降低，穩(wěn)定性減弱，所以，研制出擁有高催化活性和高穩(wěn)定性等優(yōu)良性質(zhì)的催化

3、劑就顯得尤為重要。
　　電化學(xué)免疫分析法是一種通過抗原和抗體之間的特異性反應(yīng)來檢測樣品中的抗原或抗體的濃度的分析方法，因此這種方法具有很高的特異性和選擇性。電化學(xué)免疫傳感器將免疫分析方法和電化學(xué)傳感兩種技術(shù)結(jié)合在了一起，并利用抗體、酶等作為感受器，然后通過轉(zhuǎn)換器把反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號的一種生物傳感器。由于其結(jié)合了免疫分析技術(shù)和電化學(xué)傳感技術(shù)，所以傳感器同時擁有這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，既具有較高的選擇性，又具有較高的靈敏度。

4、r>　　在這篇論文中，我們從納米顆粒的形貌與組分等對納米材料進(jìn)行了詳細(xì)的研究，使納米材料在電化學(xué)免疫傳感器領(lǐng)域和直接甲醇燃料電池領(lǐng)域的性質(zhì)得到改善，與此同時，在傳感器和燃料電池的各種性能也因為納米顆粒的加入而得到了很大的提高。這篇論文的具有研究內(nèi)容如下：
　　1 Pd@PtM(M=Co, Ni, Cu)納米顆粒的制備及其對甲醇的電催化氧化的研究
　　為了進(jìn)一步探究納米材料在直接甲醇燃料電池中對催化劑的性能的影響，我們在這篇文

5、章采用晶種的方法，通過異相成核過程，在表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在的條件下合成了能控制形貌的Pd@PtM(M=Co, Ni, Cu)核 殼納米顆粒。實(shí)驗中我們制備的Pd@PtM納米顆粒的內(nèi)核為Pd納米顆粒，殼層金屬為PtM合金。核 殼結(jié)構(gòu)的使用降低了納米顆粒中鉑的濃度，提高了Pt的利用率，并且第一周期過鍍金屬的引入增強(qiáng)了甲醇電催化氧化的電流密度和穩(wěn)定性。另外，我們還研究了不同的第二種過渡金屬的加入對催化劑的穩(wěn)定性和催化活性的影

6、響。從實(shí)驗結(jié)果可以看出，在這幾種催化劑中，Pd@PtCu的催化活性和穩(wěn)定性是最好的，且與商業(yè)鉑黑相比較時，Pd@PtCu催化劑仍然表現(xiàn)出較好的催化活性和穩(wěn)定性。
　　2具有不同殼層厚度的Pd@PtRu納米顆粒的合成及其對甲醇的電氧化的探究
　　在金屬納米材料中，不同金屬的含量和比例不同對催化劑的影響也大不相同，在這篇文章同樣采用晶種的方法，利用異相成核過程在表面活性劑PVP存在的條件下合成了具有不同殼層厚度的 Pd@PtRu

7、納米顆粒。在制備的 Pd@PtRu納米顆粒中Pd為內(nèi)核，PtRu為殼層金屬。在這項工作中，我們注意到具有不同殼層厚度的催化劑的性質(zhì)會有所不同，并且，殼層中 Pt和 Ru的比例不同，催化劑的性能也有所不同。因為核殼結(jié)構(gòu)的合成使納米顆粒催化劑中Pt的濃度減少了，所以增加了貴金屬 Pt的利用效率。更重要的是，在催化劑中，金屬 Ru可以吸附甲醇電催化氧化過程中生成的CO，OH等中間產(chǎn)物，從而使金屬Pt表面具有更多的可用于甲醇電催化氧化的活性位點(diǎn)

8、，這就使催化劑催化甲醇氧化的電流密度的增加，從而導(dǎo)致催化劑的活性的提高。
　　3基于金 鉑納米顆粒的無標(biāo)記的電化學(xué)免疫傳感器的制備及癌胚抗原的檢測
　　因為納米材料具有較高的的比表面積，且生物相容性較好，因此能促進(jìn)底物與電極之間的電子傳輸，而且還能很好的固定抗原，抗體等生物分子。所以，在這篇文章中，我們使用功能化的單壁碳納米管(SWCNT)來負(fù)載金 鉑(Au Pt)雙金屬納米顆粒，制備出了一種新型的，無標(biāo)記的，用于檢測癌胚抗

9、原(CEA)濃度的電化學(xué)免疫傳感器。在實(shí)驗時，首先將羧基化的碳納米管滴在干凈的玻碳電極上面，然后采用電沉積的方法將 Au Pt雙金屬納米顆粒沉積在碳納米管表面，玻碳電極表面因為有雙金屬納米顆粒的修飾；因為抗原和抗體都是屬于蛋白質(zhì)類的，所以，當(dāng)把 anti CEA滴加在修飾后的電極表面時，anti CEA可以通過蛋白質(zhì)和 Au Pt之間的相互作用而牢牢地吸附在 Au Pt納米顆粒的表面上，而不容易脫落。在該電化學(xué)免疫傳感器中，因為有Au

10、Pt納米顆粒和SWCN的加入，使得電極的表面覆蓋率和導(dǎo)電性增加，并且因為納米顆粒的較高的生物相容性使吸附在電極表面的抗體的數(shù)量大大增加。所以，在最優(yōu)的條件下，該電化學(xué)免疫傳感器具有很低的檢測線，且線性范圍很寬。此外，本實(shí)驗中設(shè)計的免疫傳感器還表現(xiàn)出了很好的穩(wěn)定性，選擇性和重現(xiàn)性。而且，當(dāng)把該實(shí)驗制備的電化學(xué)免疫傳感器用于檢測人的血清樣品時，檢測結(jié)果與酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)的結(jié)果十分吻合，因此，該方法可以用于臨床監(jiān)測。更重要的是，