碳材料在生物燃料电池及电化学传感器中的应用研究

发布时间：2017-03-23 23:12

  本文关键词：碳材料在生物燃料电池及电化学传感器中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳材料因成本低、有良好的导电性、比表面积大、表面易修饰、有优良的氧化还原电催化性能、生物相容性好、电位窗宽等优点而被广泛使用,同时新颖碳材料的制备与应用也是近年来研究的热点。生物燃料电池作为一种绿色、环保的新能源,能直接将存在于燃料中的化学能转化为电能,有着清洁、高效、安全等特点。同时,生物传感器作为一种新兴的分析技术,被广泛应用于环境污染物检测、生物工程、军事、医学、食品工业等方面,为保护人类的生命安全、健康起到积极作用。基于以上原因,本论文利用快捷、低成本、安全的方法制备出各种碳材料,研究其形貌及性质,并利用所得到的碳材料构建出性能良好的生物燃料电池及电化学传感器。主要内容如下:1.我们将微藻通过碳化和活化得到微藻碳材料(MAC)。由相应的表征可知,得到的MAC有着大量的空隙、缺陷,将MAC修饰到玻碳电极表面后,提高了电极的电子转移能力,对葡萄糖的氧化也表现出良好的催化活性,因此,由MAC修饰得到的电极有望用来构建生物燃料电池。2.我们使用碳材料构建了一个基于MAC、碳纳米管修饰电极组装无膜的光增强葡萄糖/氧气生物燃料电池。由于该电池电解液中有新鲜微藻的存在,在光照作用下,微藻光合作用产生的氧气能为生物阴极提供底物,从而达到光增强的效果,使整个电池的功率密度(60μW cm-2)达到无光照条件下的功率密度的3倍,同时开路电位达到0.75 V,这里很好的利用生物燃料电池这一平台,将生物质能、太阳能转化为电能。使用后的微藻可制备成MAC,作为阳极材料,从而达到一个循环利用的效果。3.我们将蚕茧作为经济、绿色的原材料,制备出具有大的比表面积(2854.53 m2g-1)、均匀微孔(2.15 nm)的碳材料(Silk C)。经过碳化和KOH活化处理得到的Silk C在孔洞处分布着大量的活性位点,有着高的比表面积,这些良好的性能使得该材料有着丰富的传送介质、快速的电子传递能力。而且,大量缺陷的存在也提高了材料的电化学活性,使得所制备的Silk C有着更多潜在的应用性。4.我们通过研磨Silk C和离子液体(IL),可大规模、一步法制备Silk C-IL混合材料,进而构建多巴胺(DA)电化学传感平台。由于Silk C材料的多孔结构和IL的独特性能,由Silk C-IL混合材料得到的DA电化学传感器(Silk C-IL/GC电极)有着良好的性能。Silk C-IL/GC电极对DA的检测限达到79 nM(S/N=3),检测范围为0.6 140μM。而且,所制备的传感平台有着良好的稳定性和重现性,在干扰物尿酸,抗坏血酸和葡萄糖存在情况下,对DA的检测也有良好的选择性,同时在胎牛血清和盐酸多巴胺注射液的实际样中也得到了良好的检测结果。
【关键词】：碳材料 天然材料 生物燃料电池 电化学传感器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM911.4;TP212.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 研究背景12-14
• 1.1.1 碳材料概述12-13
• 1.1.2 生物燃料电池概述13
• 1.1.3 电化学传感器概述13-14
• 1.2 碳材料的研究现状14-18
• 1.2.1 碳纳米管14-15
• 1.2.2 碳黑15-16
• 1.2.3 介孔碳16-17
• 1.2.4 玻碳17
• 1.2.5 石墨烯17
• 1.2.6 其他碳材料17-18
• 1.3 碳材料的研究意义及应用实例18-28
• 1.3.1 生物燃料电池方面18-24
• 1.3.1.1 存在的问题18
• 1.3.1.2 研究意义18-22
• 1.3.1.3 应用实例22-24
• 1.3.2 电化学传感器方面24-28
• 1.3.2.1 存在的问题24-25
• 1.3.2.2 研究意义25-26
• 1.3.2.3 应用实例26-28
• 1.4 论文选题意义及主要内容28-30
• 第2章 实验部分30-36
• 2.1 材料与试剂30-32
• 2.2 实验仪器32
• 2.3 电化学实验参数32
• 2.4 光照实验参数32-33
• 2.5 Silk C材料的合成33
• 2.6 微藻碳材料MAC的制备33-34
• 2.7 碳纳米管的处理34
• 2.8 缓冲溶液配制34-36
• 第3章 微藻的培养36-40
• 3.1 BG11培养基(Blue-Green Medium)母液配制36-37
• 3.2 BG11培养基配制37
• 3.3 灭菌与接种37
• 3.3.1 灭菌37
• 3.3.2 接种37
• 3.4 培养37-38
• 3.5 注意事项38-40
• 第4章 碳材料在光照增强的微藻太阳能生物燃料电池中的应用40-52
• 4.1 引言40-41
• 4.2 实验部分41-43
• 4.2.1 CNTs/GC电极、MAC/GC电极、MDB/MAC/GC电极的制备41-42
• 4.2.2 生物阴极、生物阳极的制备42
• 4.2.3 微藻定量42-43
• 4.3 结果与讨论43-50
• 4.3.1 阳极材料MAC的表征43-45
• 4.3.2 基于MAC的生物阳极（GDH/MDB/MAC/GC电极）45-47
• 4.3.3 基于CNTs的生物阴极（BOD/CNTs/GC电极）47-49
• 4.3.4 基于MAC、CNTs的光照增强的微藻太阳能生物燃料电池49-50
• 4.4 小结50-52
• 第5章 微孔蚕茧碳-离子液体混合材料在多巴胺传感平台中的应用52-64
• 5.1 引言52-53
• 5.2 实验部分53-54
• 5.2.1 修饰电极的制备53
• 5.2.2 实际样的检测53-54
• 5.3 结果与讨论54-62
• 5.3.1 Silk C-IL混合材料的表征54-57
• 5.3.2 Silk C-IL/GC电极对DA的检测57-62
• 5.4 小结62-64
• 第6章 结论64-66
• 参考文献66-84
• 作者简介及科研成果84-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈梅;;索尼公司新型生物燃料电池[J];电源技术;2010年06期

  本文关键词：碳材料在生物燃料电池及电化学传感器中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：264731