纳米金属及其复合材料的制备及在电分析化学检测中的应用

作     者：万悦 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋旭春

授予年度：2017年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：电化学传感器 电沉积 金属纳米粒子 多壁碳纳米管 纳米复合材料 亚硝酸盐 

摘      要：金属纳米粒子是一种将金属的物理化学性质和纳米材料的属性有机统一起来的新型多功能材料,自其问世以来已经在多个领域中获得广泛应用。MWCNTs在结构上可以看成是由多个SWCNT嵌套构成,对MWCNTs进行改性可以制备出功能多样化的碳纳米材料。本论文基于上述材料的良好性质构建出不同的电化学传感器,并研究了制备传感器对亚硝酸盐的检测。具体工作如下:通过有关实验的探讨,在本章关于亚硝酸盐的测定中,我们运用电沉积方法制作出AuNPs/CP传感器。以此为工作电极对亚硝酸盐进行测定,得到了比较好的实验结果。采用扫描电子显微镜和能谱仪表征碳纸上AuNPs的形态和化学组成。X-射线衍射仪研究AuNPs.的晶体结构。运用循环伏安法对工作电极的电化学行为进行研究。在最佳实验条件下,采用计时电流法对亚硝酸盐的检测限进行研究。经测定,在1 mM～30 mM,40 mM～100 mM浓度范围内,呈现出良好的线性关系,线性相关系数R分别为0.99883,0.99789,检测限为0.093 mM。本节中制备的工作电极被证实有高的灵敏度,良好的重复性和回收率。关于亚硝酸盐的测定中,我们制备了一种简单的电化学传感器。首先用处理过的多壁碳纳米管修饰玻碳电极,然后再在修饰电极上固定AgNPs,自然晾干后即可得到最终的工作电极。运用透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)来表征复合物的形态和组分。结果显示AgNPs平均粒径在20 nm左右并且均匀地分布在MWCNTs上。通过差分脉冲伏安法和计时电流法研究工作电极的电化学性能。经实验测定,在1mM～100 mM浓度范围内,阳极峰电流与亚硝酸浓度之间呈现出较好的线性关系,线性相关系数R为0.9989,检测限达到0.095 mM。研究还发现工作电极具有长时间的稳定性和良好的重现性。工作电极应用于检测自来水中的亚硝酸盐含量,得到令人满意的回收率,直接证明AgNPs/MWCNTs/GCE电极可用于实际应用。本部分中,利用NiO和MWCNTs形成的复合物修饰碳纸电极作为工作电极,用于测定亚硝酸盐。通过扫描电子显微镜(SEM)确定NiO-MWCNTs复合材料的形状,高分辨率透射电镜(HRTEM)揭示了复合材料的结构。从扫描透射电子显微镜(STEM)的图像上证实纳米复合材料中确实含有C,Ni和O这三种元素。运用循环伏安技术和交流阻抗技术对NiO-MWCNTs复合材料的电化学性能进行表征,采用计时电流法研究NiO/MWCNTs/CP电极对亚硝酸盐的电化学氧化行为。实验结果表明,NiO/MWCNTs/CP电极对亚硝酸盐有灵敏的电流响应。在10-6M～10-4M浓度范围内,氧化峰电流与亚硝酸盐浓度之间有良好的线性关系,线性相关系数R=0.997,电极的灵敏度是3.53 μA μM-1检测限为0.25μM(S/N=3)。同时将工作电极应用于检测自来水中亚硝酸盐含量的测定,得到令人满意的回收率,工作电极的实际应用也得到有效验证。本章在使用NiO与碳纳米管复合物修饰碳纸电极的基础上,电沉积AuNPs来测定亚硝酸盐。透射电子显微镜(TEM)图显示Au/NiO/MWCNTs平均粒径在58 nm左右。扫描透射电子显微镜(STEM)图像证实复合材料中确实存在C,Au,Ni和O元素。运用循环伏安法和计时电流技术对Au/NiO/MWCNTs/CP电极的电化学性能进行研究。测试中,Au/NiO/MWCNTs/CP电极对亚硝酸盐展现出明显的电流响应。在0.1 μM～1μM浓度范围内,阳极峰电流与亚硝酸盐浓度成正比,线性相关系数 R=0.99865,检测限为 0.02 μM(S/N=3)。Au/NiO/MWCNTs/CP电极有良好的稳定性和重现性,并且成功地检测出自来水中亚硝酸盐的含量,证明工作电极可用于实际样品中。