基于TiO2納米管陣列和聚表氯醇復(fù)合膜的電化學(xué)傳感研究.pdf

1、納米TiO2由于具有許多獨(dú)特的性質(zhì),如表面積大、均一性高、吸附能力強(qiáng)以及生物相容性佳等優(yōu)點(diǎn),成為研究的熱點(diǎn),在生物傳感器、氣敏傳感器、染料電池以及光催化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此,研究復(fù)合TiO2納米材料對(duì)于研制新的功能納米材料有著重要的意義?；瘜W(xué)阻抗傳感器是一種性能優(yōu)良的微型傳感器,能在各種介質(zhì)中,如空氣和水等,實(shí)現(xiàn)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行定性和定量的監(jiān)測(cè)。鑒此,本文首先研究了TiO2納米管陣列及其復(fù)合納米材料的制備及性能,然后將之用于過(guò)

2、氧化氫和葡萄糖電化學(xué)傳感器的構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)了葡萄糖的電化學(xué)傳感測(cè)定,最后以碳粉摻雜的聚合物為敏感膜研制了一種新型電化學(xué)阻抗傳感器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)揮發(fā)性有機(jī)氣體的靈敏監(jiān)測(cè)。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)TiO2納米管陣列制備及機(jī)理研究。應(yīng)用陽(yáng)極氧化技術(shù),在含有氟化鉀和硫酸鹽的電解液中,通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)體系中的氧化電流密度、陽(yáng)極鈦片的質(zhì)量損失速率、表面形貌變化,以及通過(guò)能量彌散X射線光譜監(jiān)測(cè)鈦表面氧化物的化學(xué)組分變化,探討了TiO2納米管陣

3、列的生長(zhǎng)機(jī)理。在電氧化過(guò)程中,鈦片表面首先形成一層致密的氧化鈦膜,隨后溶液中的氟離子與TiO2發(fā)生反應(yīng),形成TiF62-,在阻擋層上形成“點(diǎn)蝕”。隨著陽(yáng)極氧化與化學(xué)溶解的進(jìn)行,點(diǎn)蝕不斷加深,最終形成TiO2納米管。研究結(jié)果表明,在相對(duì)較高的pH下,能夠獲得較長(zhǎng)的TiO2納米管陣列。
　　 (2)基于Pt\CNT\TiO2納米管陣列的過(guò)氧化氫和葡萄糖生物傳感器的研制。以高度有序的TiO2納米管為基底,通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備了碳納米

4、管(CNT),并修飾了平均粒徑約3 nm的Pt納米顆粒,構(gòu)建了一種新穎的TiO2/CNT/Pt復(fù)合電極。發(fā)現(xiàn)該電極對(duì)過(guò)氧化氫表現(xiàn)出了很好的催化氧化性能。然后,在TiO2/CNT/Pt電極表面繼而修飾葡萄糖氧化酶,制得葡萄糖生物傳感器(TiO2/CNT/Pt/Gox)。結(jié)果表明:該傳感器對(duì)葡萄糖表現(xiàn)出了很高的靈敏性,當(dāng)葡萄糖的濃度為0.006mM-1.5mM時(shí),該傳感器的最高靈敏度為0.24μA mM-1、反應(yīng)時(shí)間小于3s,檢測(cè)線為5.7

5、μM(信噪比S/N=3)。
　　 (3)測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)氣體的電化學(xué)阻抗傳感器的制備及性能研究:以碳粉摻雜的聚合物為敏感膜,以叉指電極為基底制作了測(cè)定揮發(fā)性有機(jī)氣體的化學(xué)阻抗傳感器。當(dāng)敏感膜吸附有機(jī)氣體時(shí),敏感膜膨脹,導(dǎo)致膜中導(dǎo)電性的碳粉粒子距離增加,電阻也隨之增加。同時(shí),有機(jī)氣體的吸附還引起敏感膜的介電常數(shù)改變,從而導(dǎo)致電阻、電容改變。利用上述原理研制了一種新型的電化學(xué)阻抗傳感器。通過(guò)傳感器電阻電容的變化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)氣體的高靈