【摘 要】
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碳纳米材料,以其优异的稳定性,良好的导电性,制备简便,成本低廉等优势,在电化学传感和电催化领域引起广泛关注。通常,在碳纳米材料上负载金属纳米粒子以提高纳米复合材料的电催化性能。本论文制备了几种碳纳米金属复合材料,并成功用于电化学传感以及电催化研究。本论文包括以下几个方面:一、基于电位和电流双信号识别策略,构建了一种具有手性识别功能的新型左/右旋-碳纳米管@聚吡咯@铂纳米粒子@β-环糊精（L/D-C
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碳纳米材料,以其优异的稳定性,良好的导电性,制备简便,成本低廉等优势,在电化学传感和电催化领域引起广泛关注。通常,在碳纳米材料上负载金属纳米粒子以提高纳米复合材料的电催化性能。本论文制备了几种碳纳米金属复合材料,并成功用于电化学传感以及电催化研究。本论文包括以下几个方面:一、基于电位和电流双信号识别策略,构建了一种具有手性识别功能的新型左/右旋-碳纳米管@聚吡咯@铂纳米粒子@β-环糊精（L/D-CNT@PPy@Pt NPs@β-CD）生物传感器,用于即时检测氨基酸对映体。其中,左/右旋-碳纳米管（L/D-CNT）基底和β-环糊精（β-CD）作为手性选择剂;L/D-CNT、聚吡咯（PPy）和铂纳米粒子（Pt NPs）协同增强导电性。所构建的传感器实现了氨基酸对映体的快速识别。二、通过简便的方法,合成了一种矩形镍氮掺杂碳纳米棒@Fe Co纳米立方体（Ni-CNRs@Fe Co cubes）用于电催化水分解研究。聚多巴胺作为定位剂与连接剂,将Fe Co金属有机骨架（MOFs）均匀锚定在矩形丁二酮肟镍基底上,一步碳化,生成负载有Fe Co合金的氮掺杂矩形碳纳米棒。由于高活性的金属纳米粒子,介孔结构和矩形碳基底材料之间的协同作用,所制备的Ni-CNRs@Fe Co cubes对析氢反应（HER）和析氧反应（OER）具有良好的催化活性和稳定性。三、开发具有廉价、高效活性和长期耐久性的过渡金属催化剂用于氧还原反应（ORR）对绿色能源转换具有重要意义。在此,本工作通过简单、环境友好的方法合成了多核壳结构的CuxCoy-Fe合金氮掺杂中空碳纳米管（N-MHCNT/CuxCoy-Fe@C）。在热解过程中,聚多巴胺（PDA）作为碳源和氮源形成壳结构,室温下合成的CuxCoy-Fe MOFs立方体塌陷形成多个合金内核,作为基底的聚吡咯形成氮掺杂中空碳纳米管。值得注意的是,N-MHCNT/CuxCoy-Fe@C的介孔结构增强了传质过程,而碳壳则保护了内部的金属活性点。此外,介孔空心碳,丰富的M-Nx（M=Cu、Co、Fe）活性位点,N-MHCNTs、CuxCoy-Fe合金和多核壳结构之间的协同效应使N-MHCNT/Cu2Co1-Fe@C在ORR中表现出高活性和长期耐久性。此外,旋转环盘（RRDE）测试证实了N-MHCNT/Cu2Co1-Fe@C的反应动力学主要是4电子反应,电子转移数为3.78（Pt/C为3.86）,过氧化氢产量低于16%。这项工作通过合理的结构设计和金属比例调整,为开发非贵金属ORR催化剂提供了新的思路。
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