基于纳米材料化学修饰电极的研究及应用

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纳米材料具有独特的电学和化学性能,在电化学及电分析化学领域有着广阔的应用前景,而以普鲁士蓝为代表的多核金属铁氰化物一直是人们研究的热点。在制备化学修饰电极方面,通过改进制备方法来提高这类修饰电极的稳定性与电催化活性是该领域的研究热点之一。本论文采用电化学方法制备了Nano-CuHCF、Nano-NiHCF/PPyox、Nano-PB/PPyox、Nano-NiHCF/PB及HCF/PPy、MWNT/HCF/PPy六种金属铁氰化物修饰电极,采用电化学方法及扫描电镜技术研究了以上修饰电极的电化学性质及其对相关物质的电催化活性。其次,研究了纳米CeO2以及多壁碳纳米管对违禁药物克伦特罗的电催化测试性能,建立了相应的电化学检测方法。本研究工作在改善修饰电极稳定性、拓宽其在电分析化学领域的实际应用方面具有潜在的应用价值。主要内容如下:1、采用循环伏安法,从含有EDTA和HAuCl4的沉积液中制备了Nano-CuHCF、Nano-PB/PPyox修饰的复合陶瓷碳电极;在EDTA存在下将Nano-NiHCF沉积于PPyox表面,制备了Nano-NiHCF/PPyox修饰的复合陶瓷碳电极,并研究了制备上述三种电极的实验条件及修饰电极的电催化性能。采用电化学与扫描电镜技术对可能的机理进行了研究,并优化了制备修饰电极的实验条件。结果表明:EDTA控制了金属铁氰化物的成核速率与沉积速率,而沉积于电极表面的金粒子为金属铁氰化物的生成提供了成核点,在EDTA与HAuCl4的协同作用下,电极表面沉积了均匀致密的薄膜,而PPyox膜的存在进一步提高了PB在电极表面的沉积速率。Nano- CuHCF与Nano-NiHCF/PPyox对N2H4具有较强的电催化活性,Nano-PB/PPyox对H2O2的电化学还原也表现出了较强的催化活性,计时安培法测得Nano-CuHCF/ CCE、Nano-NiHCF/PPyox/CCE、Nano-PB/PPyox/CCE修饰电极对N2H4和H2O2的异相催化反应速率常数分别为1.4×104、4.83×104及7.73×103 L·mol-1·s-1,灵敏度分别为194.0、110与220.0μA·(mmol·L-1)-1。2、在EDTA存在下,以复合陶瓷碳电极为基础电极在含有Ni2+、Fe3+、K3Fe(CN)6的混合溶液中采用循环伏安法制备了Nano-NiHCF/PB复合膜修饰电极,并研究了该电极的电化学性质及其对H2O2的电催化活性。结果表明,Nano-NiHCF/PB循环伏安图上的两对氧化还原峰与普鲁士蓝的两对特征氧化还原峰峰电位有所不同,这表明该修饰电极并不是铁氰化镍和普鲁士蓝的简单混合,而是生成了混合多核金属铁氰化物,Ni2+占据了PB格子中的某些点位。与单一PB修饰电极相比,该修饰电极在酸性、中性及弱碱性溶液中均具有很好的稳定性,且对H2O2的还原有较强的电催化活性。安培法检测的线性范围为7.94×10(-6 2.30×10(-2 mol·L-1,检出限为2.50×10-6 mol·L-1,检测灵敏度为77.50μA·(mmol·L-1)-1。3、采用循环伏安法在裸复合陶瓷碳电极及多壁碳纳米管滴涂的复合陶瓷碳电极表面电沉积了HCF/PPy,制备了HCF/PPy和MWNT/HCF/PPy修饰电极,研究了这两种修饰电极的电化学和电催化性能。实验表明,上述两种修饰电极分别对H2O2和NO2-的还原具有较强的电催化活性。安培法检测这两种物质的线性范围分别为2.0×10-6 2.4×10(-3 mol·L-1和1.5×10-6 1.8×10-3 mol·L-1,检出限分别为7.0×10(-7 mol·L-1与3.0×10-7 mol·L-1,检测灵敏度为61.30与81.39μA·(mmol·L-1)-1,响应时间均小于5 s。4、制备了MWNT修饰的碳糊电极,并采用全固相法合成了纳米CeO2,制备了Nano-CeO2修饰的碳糊电极。研究了克伦特罗在以上两种修饰电极上的电化学行为。与裸碳糊电极相比,这两种修饰电极能显著提高测定克伦特罗的灵敏度,据此建立了测定克伦特罗的微分脉冲伏安法,该法已用于模拟尿样与模拟血样中克伦特罗含量的测定。微分脉冲伏安法检测克伦特罗的线性范围分别为5.0×10(-9 6.0×10-6 mol·L-1和2.0×10(-9 1.0×10(-5 mol·L-1,检出限分别为2.5×10(-9 mol·L-1与7.0×10-10 mol·L-1
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