納米材料的直接電化學(xué)制備及電化學(xué)生物傳感器的研究.pdf

1、本論文在詳細(xì)綜述了納米材料的研究現(xiàn)狀和最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，通過電化學(xué)方法制備了一系列新型的納米材料，對納米材料的表面性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了表征，進(jìn)而以O(shè)<,2>、甲醇、H<,2>O<,2>、葡萄糖等物質(zhì)為主要分析對象，探討了所獲得的新型納米材料修飾電極在電催化氧化還原、電化學(xué)電容和生物傳感器等方面的應(yīng)用。主要內(nèi)容包括： 用電化學(xué)法共沉積法制備了Pt<,0.9>Pd<,0.1>二元合金，得到了電極表面均勻分散的、多孔的納米合金層

2、。該多孔合金層是由粒徑約10.1 nm的Pt<,0.9>Pd<,0.1>合金的晶粒組成的，與相應(yīng)的鉑盤電極相比，表面積增大約790倍。合金中Pt與Pd的原子比例可通過電沉積溶液中兩組分的濃度進(jìn)行調(diào)控。研究表明，當(dāng)合金中Pt與Pd的原子比例為9∶1時，合金對ORR的電催化效果最好。同時，與單一的Pt納米團(tuán)簇相比，Pr<,0.9>Pd<,0.1>二元合金對MOR也具有優(yōu)異的催化能力，起始氧化電位負(fù)移195 mV，氧化峰電流增大9倍。這說明，

3、比例很小的Pd能夠極大的增強(qiáng)Pt催化劑的催化效果，是一種有效的催化增強(qiáng)劑。 進(jìn)而，用電化學(xué)方法在溫和氧化的MWCNTs的開口端實現(xiàn)了Pt納米團(tuán)簇的選擇性沉積。該Pt納米團(tuán)簇的粒徑范圍為100～150 nm，是由粒徑為10.8 nm的Pt晶粒組成的，這與其它文獻(xiàn)報導(dǎo)的在碳管表面修飾的粒徑很小的Pt納米粒子有很大的區(qū)別。以O(shè)RR的催化反應(yīng)為例，其催化效果可通過電沉積溶液的濃度與沉積圈數(shù)來進(jìn)行調(diào)控。Pt納米團(tuán)簇修飾的MWCNTs對MO

4、R顯示出優(yōu)異的催化效果。另外，我們發(fā)現(xiàn)，兩根碳管端頭可以由Pt納米團(tuán)簇“焊接”在一起，在溶液中經(jīng)超聲處理也不被破壞，因此可望成為在微觀條件下焊接納米碳管的新方法。同時，我們對Pt納米團(tuán)簇的形成與沉積的機(jī)理也進(jìn)行了研究。這些研究結(jié)果說明，大尺寸的Pt納米團(tuán)簇有望用作燃料電池的高效催化劑材料。 用電沉積的方法在電極表面的離子液體薄層內(nèi)共沉積制備了PPy與MWCNTs納米復(fù)合材料。用CV法研究了PPy/MWCNT復(fù)合材料的電容性質(zhì)，用

5、計時電流法研究了PPy/MWCNT的充放電性質(zhì)。研究結(jié)果顯示，PPy/MWCNT有很高的比電容(890 F/g)，且材料性能穩(wěn)定，循環(huán)壽命周期長。該制備方法可使ILS薄層內(nèi)的碳管進(jìn)行定向，新穎實用，可應(yīng)用于其它復(fù)合材料的制備。用電化學(xué)方法，將離子液體薄層內(nèi)的Cys共價鍵植在GCE表面，然后將Au納米粒子組裝到電極表面，再進(jìn)一步吸附GOx，成功構(gòu)筑了葡萄糖生物傳感器，GOx/GNP/Cys/GCE。研究證明，該修飾電極顯著加速了GOx的直

6、接電化學(xué)的電子傳遞過程，GOx在該修飾電極在pH 7.0的PBS溶液中呈現(xiàn)出一對可逆的氧化還原峰，其異相電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)為12.8 s<'-1>。以葡萄糖為分析對象，研究證明該電極可以對葡萄糖進(jìn)行靈敏的電催化氧化檢測，米氏常數(shù)K<,m>值為12.0 mM。電極優(yōu)異的生物傳感性能與構(gòu)建方法密切相關(guān)，共價鍵值的Cys層不僅為Au納米粒子組裝提供了一個很好的平臺，同時也為GOx與電極間的快速電子傳遞提供了一個通道。 最后，本論文研究了