基于Co3O4、Fe2O3有序多孔材料的制备及其在非酶葡萄糖传感和超级电容器中的应用研究

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有序多孔材料因其高比表面积、大孔容以及三维连通的规则孔道结构,在能量存储、能量转换、电催化、电化学传感等领域有着重要的应用前景。高的比表面积可以为电化学反应提供大量的活性位点,大的孔容能够为氧化还原产物提供丰富的空间,三维连通的规则孔道非常利于电解液的传输。铁系(Fe、Co、Ni)金属氧化物由于其自身的化学性质,以及环境友好、低成本等特点引起了电化学领域研究人员的广泛关注。本论文中,我们主要研究了有序多孔Co3O4材料、有序多孔碳/Co3O4复合材料与有序多孔碳/Fe2O3复合材料的制备,及在非酶葡萄糖传感与超电容方面的应用。具体内容如下:利用KIT-6介孔SiO2、不同尺寸SiO2微球密堆多孔固体作为硬模板,六水合硝酸钴作为前驱物,使用热分解的方法制备了不同孔径的有序多孔Co3O4材料。利用不同尺寸SiO2微球密堆多孔固体作为硬模板,低分子量酚醛树脂作为碳源,制备了不同孔径的有序多孔碳。以有序多孔碳为载体,六水合硝酸钴作为前驱物,制备了 Co3O4@C复合材料(Co3O4和有序多孔碳的质量比约为2:1)。XRD与TEM测试结果表明,负载于多孔碳孔道内的Co3O4由纳米粒子组成。此外,以有序多孔碳作为载体,九水合硝酸铁作为前驱物,制备了 Fe2O3@C复合材料(Fe2O3和有序多孔碳的质量比约为2:1)。XRD和TEM测试结果表明,负载于多孔碳孔道内的Fe2O3具有无定形结构。将相关材料应用于非酶葡萄糖传感器。研究了不同孔径有序多孔Co3O4材料的非酶葡萄糖传感性能,电化学测试结果表明:随着孔径的增大,电流-时间响应增大,因此,孔径大小是影响样品传感性能的主要因素。此外,也研究了 Co3O4@C复合材料的非酶葡萄糖传感性能。电化学测试结果表明,随着复合材料平均孔径的增大,电流-时间响应增大。将相关材料应用于超级电容器。研究了不同孔径有序多孔Co3O4材料的超电容性能,电化学测试结果表明,孔径大小和BET比表面积对电化学性能都具有重要影响。研究了 Co3O4@C复合材料的超电容性能,电化学测试结果表明,与单一 Co3O4相比,复合材料的超电容性能明显改善,对于Co3O4@C复合材料,复合材料的平均孔径大小、多孔碳孔道内所负载Co3O4层的厚度对超电容性能都有重要影响。最后,也研究了 Fe203@C复合材料的超电容性能,电化学测试结果表明,相关变化趋势与Co3O4@C复合材料相一致。
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