论文部分内容阅读
过氧化氢（H2O2）是一种重要的商业产品,在工业、临床等领域都有广泛的应用。此外,它还是人体活性氧物种,参与人体多种生化反应。但是,H2O2商业价值导致它被大量滥用,严重污染环境和人体健康。因此,国家对H2O2残留含量就有了明确的规定和要求,也使得H2O2实时、原位以及连续的检测具有了重要的现实意义。传统检测方法存在昂贵、费时等缺点,难以满足上述需求,而电化学传感器的出现和发展为H2O2的检测提供一条有利途径。由于电化学传感器性能的好坏主要取决于电极材料,这就要求构建电化学传感器的电极材料必须具备一些特定的性质（如低检出限、高稳定性、价格低廉等）。金属有机框架（MOFs）材料具有催化活性高、结构多样性以及比表面积大等独特的物理化学性能,现已成功的应用于传感器并有效的提高了传感器的灵敏度、稳定性等性能。但纯MOFs材料导电性能不佳,难以广泛、大量的应用在电化学传感器。为获得更高导电性和稳定性的电极材料,本文将具有很好导电性的碳以及具有电催化性能的镧系金属和过渡金属相结合制备了三种新型MOFs复合材料,并将其作为电化学传感器的电极材料,对H2O2的电催化氧化展开一系列的研究。本论文的主要研究内容如下:一、Fe2O3/Ce O2@CN复合材料的制备及其电催化过氧化氢的研究以对苯二甲酸（1,4-H2BDC）为有机配体,采用溶剂热合成了与MIL-53同晶体结构的双金属MOFs材料。利用氯化铁和硝酸铈作为混合金属源,通过调节反应时间和硝酸铈的反应量,制备了形貌均一且含有1.68 wt%Ce含量的Fe/Ce-MIL-53,通过XRD表征证明了该MOFs材料确为双金属MOFs。将最佳合成条件下的Fe/Ce-MIL-53与二聚氰胺混合后热解制备了Fe2O3/Ce O2@CN,并将其作为修饰玻碳（GCE）的电极材料首次应用于电化学传感检测H2O2。实验研究结果表明,该修饰电极对H2O2检测具有响应迅速,检测范围宽（10-190μM）、检出限低（0.1829μM）以及重复性和稳定好等优点,因此,该项研究对设计和开发新型的电化学传感器提供了一个新的思路。二、Fe/Ce/Mn-MIL-53复合材料的制备及其电催化过氧化氢的研究为避免热解造成的活性位点的损失,本实验选择与Fe3+具有相同配位数的Mn2+作第三种金属离子源,合成了Mn掺杂Fe/Ce-MIL-53复合材料,并对反应时间和硝酸锰反应量进行了优化以及相关表征。将最佳条件下合成的Fe/Ce/Mn-MIL-53直接修饰GCE检测H2O2,实验结果显示,该电极材料对H2O2的灵敏度(179.01μA·m M-1·cm-2)和检出限（0.074μM）均优于热解制备Fe2O3/Ce O2@CN,且检测范围（5-175μM）和灵敏度优于其它Fe基MIL系列MOFs材料。三、Fe/Ce/Co@CN复合材料的制备及其电催化过氧化氢的研究采用与Fe3+同配位数的Co2+作为第三种金属离子源,溶剂热法合成Fe/Ce/Co-MIL-53,并对硝酸钴反应量进行了优化。将二聚氰胺与最佳条件下合成的Fe/Ce/Co-MIL-53混合后热解碳化制备了Fe/Ce/Co@CN材料,并将Fe/Ce/Co@CN材料修饰GCE构建一种用于H2O2的检测的新型电化学传感器。实验结果表明,该电化学传感器具有宽线性范围（300-1100μM）和低检出限（0.4144μM）的良好性能,且该修饰电极还具有良好的重复性和稳定性。因此,Fe/Ce/Co@CN复合材料在电化学检测H2O2领域具有一定的应用价值。