納米材料電化學(xué)傳感器及環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料用于催化和分析已成為當前科技領(lǐng)域的一個研究熱點?；诩{米材料具有的量子尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道等效應(yīng)，使得納米粒子相對于大塊顆粒具有更為獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)。納米材料在電化學(xué)傳感器研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
　　 目前，用于催化和分析的電化學(xué)傳感器制備主要有以下兩種趨勢：一種是負載貴金屬納米顆粒的聚合物膜修飾電極；另一種是雙金屬或多金屬復(fù)合修飾電極。雙金屬或多金屬納米顆粒的催化活性在許多催化反應(yīng)中要

2、明顯優(yōu)于其所對應(yīng)的單金屬顆粒，這是因為雙金屬或多金屬之間特有的協(xié)同作用及電極表面結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致其具有與單金屬不一樣的催化性能。另外，使用雙金屬或多金屬復(fù)合修飾電極可以減少費用，雙金屬或多金屬催化劑中常包含一些非貴金屬。盡管雙金屬納米顆粒在很多方面呈現(xiàn)出優(yōu)越的催化活性和選擇性，但是由于顆粒過小而產(chǎn)生的團聚使其難以廣泛使用。將雙金屬納米顆粒負載到催化劑載體，例如聚合物膜或金屬氧化物上，與載體的接觸界面明顯增加，雙金屬顆粒與載體的作用更為充分，

3、更有利于顯著提高催化劑的催化性能。
　　 隨著人們對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，由甲醛引起的環(huán)境污染問題越來越受到人們的關(guān)注。甲醛檢測技術(shù)正朝著快速、靈敏、簡便的方向發(fā)展?；瘜W(xué)傳感器法，尤其是納米貴金屬化學(xué)傳感器，成為目前甲醛速測技術(shù)中的研究熱點。
　　 本文以實際應(yīng)用和未來商品化儀器開發(fā)為目標，主要研究了單貴金屬、雙金屬納米材料在聚合物膜或金屬氧化物膜上的電化學(xué)行為，利用納米金屬和聚合物膜或金屬氧化物之間相互作用以及雙金屬之間

4、的協(xié)同作用構(gòu)建電化學(xué)傳感器，以提高電化學(xué)傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等，并對甲醛環(huán)境污染物進行了檢測，也對地下水污染物開展了健康風(fēng)險評價。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果主要體現(xiàn)在以下六個方面：
　　 1.本文研制了基于鈀納米粒子-Nafion修飾玻碳電極(Pd/Nf/GCE)的新型電化學(xué)傳感器。采用掃描電鏡(SEM)對修飾電極表面進行了表征，并采用循環(huán)伏安法(CV)和微分脈沖伏安法(DPV)研究了甲醛在該修飾電極上的電催化氧化作用

5、。對修飾電極制備條件和實驗條件進行了優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上建立了一種測定甲醛的伏安分析方法。
　　 2.通過電化學(xué)沉積的方法制備了DNA-納米金修飾的玻碳電極，用掃描電鏡和原子力顯微鏡(AFM)對該電極進行了形貌表征，實驗結(jié)果表明，該修飾電極對甲醛具有較高的響應(yīng)靈敏度。
　　 3.采用循環(huán)伏安法在玻碳電極表面依次電沉積納米二氧化鋯和鉑納米微粒，制備了一種新型電化學(xué)傳感器(Pt/ZrO2/GCE)。用掃描電鏡對該修飾電極表面進行

6、了形貌表征。利用循環(huán)伏安法和線性掃描伏安法(LSV)研究了甲醛在該修飾電極上的電催化氧化作用，優(yōu)化了實驗參數(shù)，并對甲醛進行了定量分析。
　　 4.利用電化學(xué)方法將納米鉑和鈀共沉積在滴涂有Nafion膜的玻碳電極上，制備了性能優(yōu)良的甲醛電化學(xué)傳感器(PtPd/Nf/GCE)。采用掃描電鏡和能譜分析(EDS)對電極表面及組分比例進行了表征。用電化學(xué)方法對該修飾電極測定了其電化學(xué)行為，并用線性掃描伏安法研究了甲醛在該修飾電極上的催化氧

7、化行為。由于Nafion膜對納米顆粒在電極表面分布影響以及雙金屬之間的協(xié)同作用，修飾電極對甲醛具有很好的催化氧化作用。
　　 5.采用賈凡尼取代反應(yīng)制備了納米金鈀核殼-Nafion修飾玻碳電極(AuPd/Nf/GCE)。采用掃描電鏡和能譜分析對電極表面及組分比例進行了表征。研究了電極在堿性溶液中的電化學(xué)行為，并對甲醛進行了檢測，發(fā)現(xiàn)修飾電極對甲醛具有較好的催化氧化作用。
　　 6.利用健康風(fēng)險評價方法，按照GB/T575