基于MIL-88制备的复合材料的电化学传感器应用研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ivyJZ2009
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金属-有机骨架(MOFs)材料具有纳米级的规整的骨架型孔道结构,它具有高结晶度,更大的比表面积,更高的孔隙率及固体密度小,存在强的金属—配体的相互作用,同时它的结构和功能也更加的多样化。因此,MOFs材料被广泛用于气体储存、吸附和分离,药物缓释和搭载,光、电、磁方面以及催化反应等领域中。但是由于水热稳定性、化学稳定性差,至今仍没有一种MOFs材料能完全满足工业生产应用的要求。本论文通过溶剂热法制备了两种MOFs材料,然后进行煅烧处理制备出碳基的复合材料,从而提高了MOFs材料的水稳定性和电催化活性,并构建了新型的无酶电化学传感器。本论文的主要研究内容如下:(1)铁/镍@氮碳纳米管(Fe/Ni@NC-CNTs)复合材料的制备及肼(N2H4)无酶电化学传感器的构建。首先通过溶剂热法成功制备了Fe/Ni-MIL-88棒状晶体,然后将棒状晶体与二聚氰胺混合物在高温下煅烧,得到Fe/Ni@NC-CNTs碳氮掺杂复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、元素分析(EDS)、循环伏安(CV)、安培计时(i-t)等方法对产物结构形貌和电化学性能进行表征及分析。实验结果表明Fe/Ni@NC-CNT复合材料对N2H4具有良好的电催化性能:线性范围为0.2~3.6 m M,电流响应时间在2 s以内,检测灵敏度为181.939μA·m M-1·cm-2,信噪比(S/N)为3时,Fe/Ni@NC-CNTs修饰电极对N2H4的检出限为0.8μM。因此Fe/Ni@NC-CNT复合材料能实际应用于医药、食品、环境中的N2H4检测。(2)基于金属-有机骨架物的含铁和镍元素的碳复合材料铁/镍@碳(Fe/Ni@C)的制备及其及L-半胱氨酸(L-cys)无酶电化学传感器的构建。直接利用制备好的MIL-88-Fe/Ni棒状晶体高温下煅烧,得到Fe/Ni@C复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、元素分析(EDS)、循环伏安(CV)、安培计时(i-t)等方法对产物结构形貌和电化学性能进行表征及分析。实验结果表明Fe/Ni@C复合材料对L-半胱氨酸具有良好的电催化性能:线性范围为0.02~0.28 m M,电流响应时间在3 s以内,检测灵敏度为294.865μA·m M-1·cm-2,信噪比(S/N)为3时,Fe/Ni@C修饰电极对L-半胱氨酸的检出限为0.1765μM。因此Fe/Ni@C复合材料在L-半胱氨酸电化学传感器领域具有实际应用的潜力。(3)基于金属-有机骨架物的含铁和钯元素的氮碳复合材料铁/钯@氮碳纳米管(Fe/Pd@NC-CNTs)的制备及肼(N2H4)无酶电化学传感器的构建。首先通过溶剂热法成功制备了Fe/Pd-MIL-88棒状晶体,然后将棒状晶体与二聚氰胺等量混合在高温下煅烧,得到Fe/Pd@NC-CNTs氮碳复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、、循环伏安(CV)、安培计时(i-t)等方法对产物结构形貌和电化学性能进行表征及分析。实验结果表明Fe/Pd@NC-CNTs复合材料对N2H4具有良好的电催化性能:电催化速率常数为1.342×103 M-1·s-1,N2H4在Fe/Pd@NC-CNTs复合材料中的扩散系数为4.26×10-6 cm2·s-1,线性范为0.05~6 m M,电流响应时间在1 s左右,灵敏度为114.443μA·m M-1,信噪比(S/N)为3时,修饰电极对N2H4的检出限为0.12μM。贵金属的参与显著提高了复合材料的电催化活性。因此Fe/Pd@NC-CNT复合材料在N2H4电化学检测领域具有一定的应用价值。
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