三维多孔聚乙烯二氧噻吩及其复合材料的制备与电化学传感应用

发布时间：2017-10-20 13:01

  本文关键词：三维多孔聚乙烯二氧噻吩及其复合材料的制备与电化学传感应用

  更多相关文章： 聚乙烯二氧噻吩 电化学传感器 微纳米复合材料 电催化 多孔材料

【摘要】：导电聚合物作为一种应用前景较好的材料,它表现出很多独特的物理、化学性质,例如:不溶不熔、化学稳定性和机械稳定性良好等,基于这些性质,导电聚合物被广泛应用于电化学传感器及生物传感器的电极修饰材料。但由于大部分的导电聚合物仍然存在各方面的缺陷,使得它们在电化学传感的应用方面受到了很多限制,所以制备稳定性更高、导电性更好、比表面积更大的高分子导电聚合物成了近年来的研究热点。聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)的诞生成功克服了导电聚合物的大部分缺点,成为目前最稳定、最具有前景的高分子导电聚合物之一,同时它因为具有良好的稳定性,较高的电导率,较大的可见光透过率和良好的加工性能等优点而受到了人们的广泛研究。然而大多数有关PEDOT的电化学传感器都是基于二维平面的PEDOT膜,其比表面积较低,对其他纳米材料负载量有待提高,此外二维平面膜对离子的扩散传输效率也较低。为进一步提升基于PEDOT的电化学传感器的响应性能,本论文发展了一种制备三维多孔PEDOT(缩写为3D-P-PEDOT)的方法,并基于3D-P-PEDOT及其与CuxO或PB的复合物构建了几种高灵敏的电化学传感器。论文的主要研究工作如下:1、论文工作一:采用电化学沉积的方法,成功的在玻碳电极(GCE)上合成了3D-P-PEDOT,并用此修饰电极构建了亚硝酸盐及抗坏血酸的电化学传感器。在实验中通过改变沉积电位、沉积时间等沉积条件来改变PEDOT的形貌,使用扫描电子显微镜(SEM)观察PEDOT的不同形貌,从而探讨出它的生长机理。接着采用循环伏安法、计时电流法、计时安培法对3D-P-PEDOT/GCE的电化学行为及其对亚硝酸盐及抗坏血酸的电催化氧化性能进行了研究,这个传感器与之前所报道的PEDOT传感器相比在多方面的性能都有很大的提高。此传感器检测亚硝酸盐的线性范围为0.5-9200μM,灵敏度为64.31μA·mM-1,检出限为0.2μM(S/N=3)。检测抗坏血酸的线性范围0.5-11200μM,灵敏度为55.21μA·mM-1,检出限为0.1μM。2、论文工作二:利用第一个工作中合成的3D-P-PEDOT为基底,采用电化学沉积的方法先在基底上生长Cu微粒,然后在0.1M NaOH中用循环伏安法把Cu微粒转化成CuxO,从而制备出3D-P-PEDOT-CuxO复合材料。使用SEM观察复合材料的形貌,通过能量分散光谱(EDS)来确定它的元素组成,用拉曼光谱来确定CuxO的结构。接着,在电化学实验中发现PEDOT不仅能作为固载CuxO的基底,起到增强导电性及增大固载面积的作用,而且可以直接催化氧化水合肼。最后采用循环伏安、电化学阻抗、计时电流法和计时安培法对3D-P-PEDOT-CuxO的电化学行为及其对水合肼的电催化氧化性能进行了研究。该水合肼传感器具有宽的线性范围(0.5-600μM,600-53000μM),高的灵敏度(414μA·mM-1·cm-2)和低的检出限(0.2μM(S/N=3))。3、论文工作三:以第一个工作中合成的3D-P-PEDOT为基底,利用PEDOT大的比表面积及其本身所具有的还原性,采用非常环保的直接浸泡方法就可在基底上生长普鲁士蓝纳米粒子(PBNPs),从而得到3D-P-PEDOT-PBNPs复合材料,并用此复合材料成功的构建了性能优良的过氧化氢无酶传感器。实验发现,PEDOT不仅作为导电支撑材料,而且作为还原剂引发PB的生长,其多孔结构加速了分析物在电极表面的扩散传质,大的比表面积有利于提升PB的负载量。PEDOT与PB前驱体反应5 min后得到的复合物上PB粒径均匀,分散性好,复合物的催化活性最高。基于此复合物构建的H2O2传感器表现出良好的催化性能及抗干扰能力,它的线性范围为0.17-5667μM,灵敏度为1.15μA·mM-1·cm-2,检出限为0.08μM。
【关键词】：聚乙烯二氧噻吩 电化学传感器 微纳米复合材料 电催化 多孔材料
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O657.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 电化学传感器10-12
• 1.1.1 电化学传感器的概念10-11
• 1.1.2 电化学传感器的原理及类型11-12
• 1.1.3 电化学传感器的发展展望12
• 1.2 电化学传感器与纳米材料12-14
• 1.2.1 纳米材料的概述12-13
• 1.2.2 纳米材料在电化学传感器中的应用13-14
• 1.3 电化学传感器与PEDOT14-17
• 1.3.1 PEDOT概述14-16
• 1.3.2 PEDOT在电化学传感中的应用16-17
• 1.4 电化学传感器与多孔材料17-19
• 1.4.1 多孔材料的概述17-19
• 1.4.2 多孔材料在电化学传感器中的应用19
• 1.5 本论文研究目的和意义19-21
• 第二章 三维多孔聚乙烯二氧噻吩的电化学合成及其电化学传感应用21-35
• 2.1 前言21-22
• 2.2 实验部分22-23
• 2.2.1 试剂和材料22
• 2.2.2 三维多孔PEDOT的合成22
• 2.2.3 仪器设备22-23
• 2.3 结果及讨论23-34
• 2.3.1 3D-P-PEDOT的表征23-24
• 2.3.2 H_2O的量对PEDOT形貌的影响24-25
• 2.3.3 EDOT单体的量对PEDOT形貌的影响25-27
• 2.3.4 沉积电位对PEDOT形貌的影响27-28
• 2.3.5 3D-P-PEDOT的生长过程及形成机理28-31
• 2.3.6 3D-P-PEDOT在亚硝酸盐及抗坏血酸传感方面的应用31-34
• 2.4 结论34-35
• 第三章 电化学合成 3D-P-PEDOT-Cu_xO复合材料用于高灵敏检测水合肼35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 试剂和材料36
• 3.2.2 3D-P-PEDOT的制备36-37
• 3.2.3 3D-P-PEDOT上沉积Cu_xO37
• 3.2.4 仪器设备37
• 3.2.5 电化学沉积与测量37
• 3.3 结果及讨论37-48
• 3.3.1 3D-P-PEDOT及 3D-P-PEDOT-Cu_xO的制备和表征37-40
• 3.3.2 3D-P-PEDOT-Cu_xO对水合肼的电催化氧化40-45
• 3.3.3 电解液pH对水合肼氧化的影响45-46
• 3.3.4 水合肼的安培检测46-47
• 3.3.5 选择性、重现性及稳定性研究47-48
• 3.3.6 实际样品检测48
• 3.4 结论48-50
• 第四章 普鲁士蓝在三维多孔PEDOT上的自发生长及其在过氧化氢的催化还原检测中的应用50-62
• 4.1 前言50-51
• 4.2 实验部分51-52
• 4.2.1 仪器设备及试剂和材料51
• 4.2.2 3D-P-PEDOT的制备51-52
• 4.2.3 3D-P-PEDOT上生长PBNPs52
• 4.2.4 电化学测试52
• 4.3 结果与讨论52-61
• 4.3.1 3D-P-PEDOT和 3D-P-PEDOT-PBNPs的合成及表征52-54
• 4.3.2 3D-P-PEDOT-PBNPs对过氧化氢的电催化还原54-57
• 4.3.3 浸泡时间对复合材料形貌及H_2O_2检测的影响57-58
• 4.3.4 pH对复合材料催化还原性能的影响58-59
• 4.3.5 H_2O_2的安培检测59-60
• 4.3.6 选择性、重现性及稳定性研究60-61
• 4.4 结论61-62
• 论文总结62-63
• 参考文献63-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间的研究成果78

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