基于离子液体功能化介孔硅修饰电极的制备及其电化学催化性能研究

来源 :沈阳师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zyr2007
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介孔硅材料具有比表面积大、物质传输空间大和孔道可调等优点,使其在电化学传感器领域起到重要的作用。通过引入功能化离子液体,可以赋予介孔硅以电荷性等功能化特性。以功能化介孔硅为修饰电极,充分利用离子液体功能化介孔硅的比表面积大等特性,离子液体离子交换能力等特点,我们制备了新型电极并研究了相关修饰电极的催化性能。一方面,我们用氯化1-丙基-3-甲基咪唑([PMIM]Cl)修饰惰性介孔硅材料(氧化硅介孔泡沫材料,MCF),制备了离子液体功能化介孔硅材料MCF-IL。并以此为原料制备了MCF-IL/PVA修饰电极。利用离子液体咪唑基团与Fe(CN)63-离子之间的强烈相互作用将Fe(CN)63-离子固定在MCF-IL/PVA修饰电极表面,成功的制备出MCF-IL-Fe(CN)63-/PVA电活性修饰电极。以该电极为基底研究其催化过氧化氢行为,并对机理进行了分析。为了比较离子液体性能,我们同步进行氨基化介孔硅(MCF-NH2)的相关实验。两个电极用循环伏安法吸附Fe(CN)63-离子,通过对比实验得出MCF-IL/PVA修饰电极吸附Fe(CN)63-离子更多、吸附速率更快。两种修饰电极经过连续的循环伏安扫描过后,都能够很好的催化还原过氧化氢(H2O2)。对比两个电极对H2O2的催化性能发现,MCF-IL-Fe(CN)63-/PVA修饰电极具有更广的检测范围和稳定性。进一步研究发现Fe(CN)63-离子并不能催化还原H2O2,通过对电极的催化机理的研究得出电极上生成的普鲁士蓝是真正的催化还原过氧化氢的催化剂。另一方面,在上述工作基础上,以液体功能化介孔硅MCF-IL-Fe(CN)63-/PVA材料为原料,通过化学法合成了离子液体功能化介孔硅-普鲁士蓝复合物(MCF-IL-PB)。用不同的聚合物聚乙烯醇(PVA)、磺化四氟乙烯含氟共聚物(Nafion)和壳聚糖(Chit)为固定膜,分别制作MCF-IL-PB/PVA,MCF-IL-PB/Chit,MCF-IL-PB/Nafion过氧化氢传感器,研究以上复合电极在不同pH条件下催化还原H2O2的性能。研究发现在pH=1.7的条件下MCF-IL-PB/PVA修饰电极可以很好催化H2O2,但是在pH=5.7的条件下检测范围较低。MCF-IL-PB/Nafion修饰电极在pH=7.4弱碱性条件下具有较好稳定性,但是检测限较低。而MCF-IL-PB/Chit修饰电极在酸性和中性条件下稳定性较差。此外,我们进一步研究MCF-IL-Fe(CN)63-复合材料在其他传感器方面的应用,用MCF-IL-Fe(CN)63-复合材料制成的MCF-IL-Fe(CN)63-/Chit修饰电极对抗坏血酸(AA)具有良好催化性能。通过研究发现MCF-IL-Fe(CN)63-/Chit修饰电极具有检测电位低、检测范围宽和稳定性高等特点。
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