过渡金属氧化物基纳米纤维的制备及类酶性质研究

发布时间：2020-04-20 16:11

【摘要】：过渡金属氧化物具有化学组成复杂、晶体结构特殊、阳离子价态多样、在自然界储量丰富等特点,近年来在锂离子电池、电催化、燃料电池等能源转换与存储领域成为新兴的研究热点。在人工模拟酶催化领域,由于具有优异的氧化还原特性、良好的电子传输能力,过渡金属氧化物基材料也有着很大的发展潜力。通常,类酶反应的活性与催化剂的表面积密切相关,即催化剂表面积越大,催化活性越高。基于这种考虑,我们选取了静电纺丝纳米纤维作为类酶催化剂开展本论文的研究。静电纺丝纳米纤维长径比大、柔韧性好、孔隙率大、易于构筑特殊结构与形貌,通过静电纺丝技术制备的过渡金属氧化物基纳米材料结构稳定、比表面积大、催化活性高、制备方法简便易行,是良好的类酶催化材料。本论文中,我们以静电纺丝技术为基础,结合高温煅烧、晶格掺杂、电化学沉积等方法,制备了三种过渡金属氧化物基纳米纤维材料,并对其类酶催化性质进行研究,主要涉及类过氧化物酶及类氧化物酶方面,并进一步将其应用在过氧化氢、亚硫酸根、抗坏血酸和半胱氨酸的检测中,三种材料均性质良好且检测限较低。本论文主要分为以下三个部分:(1)利用静电纺丝、高温煅烧、结合晶格掺杂技术制备了Mo掺杂的Co_3O_4中空纳米纤维,对其进行了表征,发现当掺杂Mo的摩尔分数小于5%时,Mo全部掺杂进Co_3O_4的晶格,且未改变Co_3O_4的结构。之后,我们研究了不同比例的掺杂对其类过氧化物酶性质的影响,发现当掺杂Mo的摩尔分数为2%时,其催化性质最好,并最终将其用于生物检测过氧化氢和半胱氨酸,检测限分别低至0.57μM和24.2 nM,与同类型的检测体系相比,检测限较低,性能良好。此外,该检测体系还具有良好的选择性。(2)利用静电纺丝结合高温煅烧技术制备MnCo_2O_4中空纳米纤维,对其进行了表征,证明该双过渡金属氧化物中空纳米纤维的催化性质优于对应的单过渡金属氧化物Co_3O_4和Mn_2O_3纳米纤维,研究了不同形貌及不同煅烧温度对该材料的类氧化物酶性质的影响,找到纺丝液浓度和煅烧温度的最优条件,并将性质最优的MnCo_2O_4中空纳米纤维用于检测亚硫酸根和半胱氨酸,检测限分别为27.9nM和34.3 nM,与同类型的检测体系相比检测限较低,性能良好。并且,该系统的检测选择性很高,不受亚硫酸根和半胱氨酸常用环境下的共存离子的干扰。(3)利用静电纺丝结合高温煅烧技术制备碳纳米纤维(CNFs),将其作为电极,通过电化学沉积及煅烧的方法将MnCo_2O_(4.5)纳米片负载在其表面,制备了CNFs/MnCo_2O_(4.5)复合纳米纤维,进而对其进行了表征,研究了该材料的类氧化物酶性质,证明该复合材料的催化性质要优于单一组分的CNFs和MnCo_2O_(4.5)纳米片,考察了不同电化学沉积时间对催化性质的影响,并将其用于检测亚硫酸根和抗坏血酸,检测限分别为15.9 nM和50 nM,与同类型的检测体系相比检测限较低,性能良好。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TQ340.64

【参考文献】