论文部分内容阅读
过渡金属(镍、钻)氢氧化物因其独特的层状结构和特殊的物理化学性质,在电催化领域具有潜在的应用价值,受到研究者的广泛关注。本论文合成了α-氢氧化镍纳米片,通过静电层层自组装法制备了α-氢氧化镍/茜素紫超薄膜,作为非酶葡萄糖电化学传感器,研究了其催化氧化葡萄糖性能以及结构和电催化性能的构效关系。合成了多级结构的钻铝水滑石,通过原位负载的方法制备了Pt/多级结构钻铝水滑石复合材料,作为析氧反应电催化剂,研究了其结构、组成、形貌对电催化性能的影响。论文主要工作内容如下：1.采用水热合成法制备了高结晶度十二烷基磺酸根插层的a-Ni(OH)2,在甲酰胺溶液中将其剥离得到近似单层的a-Ni(OH)2纳米片。以茜素紫为聚阴离子,采用静电层层自组装的方法在玻碳电极表面组装得到a-Ni(OH)2纳米片/茜素紫多层超薄膜。采用紫外吸收光谱、扫描电镜、原子力显微镜等表征方法证明薄膜结构均匀致密、组装过程有序可控。通过循环伏安法和计时电流法研究了其电化学性能,发现超薄膜修饰电极对葡萄糖具有较好的电催化性能：线性响应范围宽(0.5～13.5mM),检测限低(14μM),灵敏度较高(25.9μA?mM-1? cm-2),响应时间短(小于1s)；且具有良好的抗干扰性可重复性、长期电化学稳定性以及对实际样品的检测能力(检测值接近己糖激酶法测试结果,标准偏差小于4.1%)。该超薄膜修饰电极可作为有效的电化学传感器应用于葡萄糖检测。2.以十六烷基三甲基溴化铵为软模板,采用水热合成法制备了多级结构钻铝水滑石,具有较高的比表面积(63.57m2·g-1)和丰富的多孔结构。将原位负载方法得到的Pt纳米粒子/钻铝水滑石复合材料进一步修饰到玻碳电极表面,研究了其对析氧反应的电催化行为。探讨了Pt/钻铝水滑石材料的结构、组成、形貌等因素与电催化性能之间的关联,获得了性能强化的材料。通过电化学测试发现多级结构有利于提高传质从而提高电催化性能；高度分散的Pt纳米粒子有效地提高了贵金属的利用率,增加了材料的导电性,降低了析氧反应过电位。该材料体现了贵金属Pt纳米粒子与多级结构钻铝水滑石良好的协同作用,得到了一种新型钻基析氧反应催化剂(电流密度为10mA? cm-2时过电位为412mV)。该析氧反应催化剂在碱性燃料电池领域具有潜在的应用前景。论文工作为无机-有机复合薄膜材料在电化学传感器领域的应用提供了新思路；为碱性燃料电池析氧反应催化剂提供了新材料和解决途径。