单颗粒碰撞电化学的光学成像研究

发布时间：2021-09-15 08:59

　　许多纳米材料具有优异的电化学性能,因此在电催化、电化学传感、电化学能源等各个领域得到广泛应用。传统纳米电化学研究的对象,往往是包含有数百万乃至数亿纳米颗粒的宏观电极界面,研究结果反映的是体系中所有纳米颗粒的整体平均性能。但是由于纳米颗粒在结构和活性上均具有内在的、显著的个体差异性,这种平均效应就会模糊纳米材料结构和功能之间的关系,不利于界面电子转移规律和机理的阐明及其性能的提升。近十余年来,随着电分析化学和微纳加工技术的发展,在纳米电化学领域出现了一种基于单个电活性纳米颗粒与惰性电极界面随机碰撞的新颖研究方法,简称为单颗粒碰撞技术。该技术运用计时电流法检测纳米颗粒随机碰撞到超微电极表面后产生的瞬时电流。通过对电流信号进行分析,能够进行单个纳米颗粒的性质研究。尽管该技术可以获得单个纳米颗粒的直接电化学或电催化电流,但仍然存在诸多亟待解决的瓶颈问题。第一,传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,虽然能够利用统计学原理“确信”某一电流峰来自于单个纳米颗粒,但是无法将其归属于某个具体的纳米颗粒,也无法对该纳米颗粒进行识别和表征。因此,在结构—活性关系中仅能获得活性信息,结构信息则完全丢失。第二,尽... 

【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１?０．０１％活性碳的搅拌悬浮液在０．１?Ｍ?ＫＣ１溶液中的无阻尼极谱图

?３６０?３８０?４００??Ｔｉｍｅ／ｓ??图１－２电催化放大型单颗粒碰撞的原理示意图。１２??根据纳米颗粒与电极之间相互作用的不同，产生的离散电流主要有两种（图??１－３）。一种是由于纳米颗粒与电极表面不可逆地吸附而导致的阶梯状（ｓｔａｉｒｃａｓｅ）??电流１４。另一种是尖峰状（ｂｌｉｐｏｒｓｐｉｋｅ）电流，这是因为纳米颗粒与电极接触后??从电极表面离开或者接触后颗粒失活１５。单颗粒碰撞的电流响应模式受许多因素??影响，比如电催化反应机理、颗粒的表面活性剂以及电极材料等。??－１．０??ｒ?？?ｊ?，０．Ｄ６?－?＇＂Ｉ＂＇?—??（ａ）?ｓｔｉｉｉｒｃａｓｏ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?（ｂ）?ｂｌｉｐ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ??ｒ２卜－一??ｉ?、一一；ｆ?＼?Ｉ??＂－ｉ?－°－°９?■??－１．６??２６?２７?２８?２９?＂°＇１〇３６?Ｓ?４＾?４Ｚ￣?４４?４６??Ｔｉｍｏ?（ｓｑｃ）?Ｔｉｍｅ??图１－３?（ａ）?ＰｔＮＰｓ碰撞在Ａｕ?ＵＭＥ上催化Ｎ２Ｈ４氧化产生的阶梯状响应；（ｂ）氧化铱纳米颗粒??在Ｐｔ?ＵＭＥ上催化水氧化产生的尖峰状响应。Ｉ６??在碰撞实验中，可以从碰撞的频率、响应电流的大小和形状获得纳米颗粒的??许多信息，例如尺寸分布、浓度和扩散系数等。假设颗粒碰撞到电极表面是由扩??散控制的，即颗粒在电极附近存在浓度梯度，则颗粒的碰撞频率／ｄｉｆ可以由下式??给出１６：??／ｄｉｆ?＝?４ＤｎｐＣｎｐ〇：／Ｖａ?（１?—?１）??式中Ｄｎｐ为颗粒的扩散系数

Ｔｉｍｅ?／?ｓ?Ｔｉｍｅ?／?ｓ??图１－７?（ａ）不同ＰｔＮＰｓ浓度下记录的瞬时电流曲线。（ｂ）相应的一阶导数。图ｂ中的青铜色??曲线是在没有颗粒的情况下记录的瞬时电流。蓝色箭头指向电流阶跃幅度高于２０?ｐＡ的尖峰，??红色指向电流幅度小于２０ｐＡ。粒径：？３．６ｎｍ：电极：ｌＯｐｍＡｕＵＭＥ；电解质溶液：１５ｍＭ??Ｎ２Ｈ４＋５０ｍＭＰＢＳ?缓冲液，ｐＨ＊￣７．５。１４??１０??

【参考文献】：
期刊论文
[1]单颗粒电化学分析[J]. 李婷,刘洋,蒋亚楠,王建华,于萍,毛兰群.  中国科学:化学. 2016(10)



本文编号：3395788