氧空位型ZnO对重金属离子的电化学检测研究

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目前,重金属对环境的污染是一个全球性的问题。因此,开发有效的检测技术来确定各种介质中重金属污染的水平至关重要。这些重金属离子是不可生物降解的,危害人的身体健康,我们迫切的需要一种检测重金属方法。需要非常快速、灵敏和准确地跟踪环境、食物样品以及饮用水中的重金属离子。用于检测浓度较低的微量金属的常规方法有很多。而且灵敏度高,选择性高,但这些技术也存在一些局限性,比如仪器成本高,样品制备复杂,需要专业人员,限制单一成分检测和预浓缩等等,使它们不适合实时在线检测和连续监测检测。另外,由于设备尺寸较大,不能用于现场检测。相比之下,电化学技术是用于重金属离子检测的强大传感工具。该技术具有准确性、简单性、低成本、显着灵敏度、多重检测有效性和现场检测能力等优点。可以有效的检测我们生活中的重金属离子。本论文通过等离子体处理的方法使材料具有高浓度的氧空位,对比等离子体处理之前的材料,探究氧空位在电化学检测上的应用与影响。发现空位在检测重金属方向的会对材料检测效果有一个实质性的提高。本文的工作如下:第一,用水浴坩锅定温加热,成功的制备出了花状的ZnO纳米材料并将做等离子体处理造出丰富的氧空位,然后使用XPS、ERS、Raman充分的论证了氧空位的存在。之后将原材料和等离子体处理后的材料涂在工作电极上,组成三电极系统用于一系列的电化学的检测。发现材料因为氧空位的存在可以很大程度上提高对这三种重金属离子的检测灵敏度。也在材料的抗干扰性实验中,得到了一种结论:空位型花状氧化锌检测重金属时加入Cu(Ⅱ)可以增强Hg(Ⅱ)的检测效果,但如果是加入Hg(Ⅱ)则对Cu(Ⅱ)的干扰十分的有限。在导电性和稳定性的实验中,我们也通过对比得出氧空位的存在可以一定程度上提高材料的稳定性和导电性。我们还对这两种材料进行了实际水样的分析用真实废水进行检测实验,实验结果证明了空位型花状ZnO在实际水样中测重金属离子也有较好的效果。第二,利用水热法合成了多孔片状的ZnO纳米材料并将做等离子体处理造出丰富的氧空位,然后使用XPS、ESR进行充分的论证了氧空位的存在。在优化实验条件之后,继续用这两种材料进行电化学方向的实验。在实验中我们可以看到空位型的多孔片状氧化锌有着较高的检测灵敏度,我们可以把他归功于氧空位的存在。之后,我们同样利用这种对比的实验方法进行一系列的电化学检测方面的实验。我们也通过对比这两种材料实验结果,同样得出氧空位可以提高材料自身性能和检测性能的结论。最后,和实验一一样进行了实际水样的测试,在实际的废水中进行重金属的检测,其结果证明了空位型片状ZnO在实际水样中测重金属离子也有较好的效果。
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