金属氧化物修饰电极及其敏感性能研究
发布时间：2022-01-03 18:30
采用钴基-金属有机骨架（Metal-organic framwrok,MOF）为前驱体,分别制备了金属氧化物Co3O4及其碳复合材料Co3O4/C。以Co3O4和Co3O4/C分别修饰玻碳电极（简称GCE）,研究其对葡萄糖和多巴胺的敏感性能。采用XRD、SEM、XPS、BET等手段对材料的结构、形貌、组成等进行了表征;采用电化学技术对修饰电极的电催化性能、灵敏度、选择性和稳定性等进行研究。具体研究内容如下:采用钴离子为中心金属离子,5-（（4-羧基苄基）氧基）间苯二甲酸和1,4-双（2-甲基苯并咪唑-1-基甲基）苯为有机配体,通过水热法合成得到了一种结构新颖的钴基金属有机骨架材料[Co（L）2（bmb）]n。将该材料在450℃空气气氛下热解3 h,得到了具有弯曲的片状形貌的钴基氧化物—Co3O4;将Co3O4修饰玻碳电极,研究Co3O4/GCE对葡萄糖的敏感性能。研究结果表明,Co3O4/GCE对葡萄糖具有优异的电催化氧化活性;葡萄糖浓度为1～2000μM的范围内,Co3O4/GCE的氧化峰电流与葡萄糖浓度具有良好的线性关系,检测灵敏度为254.21μA·m M-1·cm-2;葡萄糖浓...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有机配体图（左为5-（（4-羧基苄基）氧甲基苯并咪唑-1-基甲基）
华北理工大学硕士学位论文-16-3.2.2[Co(L)2(bmb)]n结构分析图2是Co-MOF的不对称单元图，结构式为[Co(L)2(bmb)]n。Co-MOF的空间群为P-1。图2Co（II）离子与原子编号方案的配位环境（为了清楚起见，省略了氢原子）Fig.2CoordinationenvironmentoftheCo(II)ionwiththeatomnumberingscheme(Hydrogenatomsareomittedforclarity)图3（A）由Co（II）和bmb构成的无限一维链,（B）Co（II）,bmb和L配体构成的无限一维链Fig.3(A)Theinfinite1DchainconstructedbytheCo(II)andbmb,(B)Theinfinite1DchainconstructedbytheCo(II)
第3章基于新型Co-MOF的Co3O4的制备及其敏感性能研究-17-不对称单元由半个晶体学独立的Co（II）离子，一个部分去质子化的L配体和半个bmb配体组成。Co（II）的配位环境为具有四个氧原子和两个N原子的{CoO4N2}八面体。Co-O键长分别为：Co1-O1=2.1814(10)，Co1-O2=2.1336(11)，Co1-O11=2.1814(10)，Co1-O21=2.1336(11))；Co-N键长为:Co1-N1=2.1074(13)，Co1-N11=2.1074(13)。O1，O2，O11，O21和Co1的氧原子形成一个赤道面，而N11和N1的氮原子占据赤道面的轴向位置。N1-Co1-N11的键角为180°。图4Co-MOF的晶体堆积图Fig.4ViewofthecrystalpackingofCo-MOF如图3所示，bmb配体作为双齿配体，通过两个苯并咪唑氮原子（N1，N11）连接两个Co（II）原子，构成无限一维链状结构（图3中A）。其中两个Co（II）离子距离为13.3445（6）。L配体中，仅一个去质子化的羧基参与了与Co（II）的配位，而另两个羧基不与Co（II）配位。因此，L配体仅悬挂在由Co（II）和bmb组成的一维链的两侧（图3中B）。如图4所示，羧酸配体的羧基氧原子通过的氢键将一维链状结构拓展成为三维超分子结构。3.2.3XRD结果分析如图5中（a）所示，Co-MOF的XRD结果与模拟的XRD图谱，表明水热法合成的新型Co-MOF为纯相。将Co-MOF在450℃空气气氛下煅烧3h，得到黑色煅烧产物。为了更好地确认产物的晶体结构及纯度，对其进行了X射线衍射表征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical non-enzymatic glucose sensors based on nano-composite of Co3O4 and multiwalled carbon nanotube[J]. Xiaoyun Lin,Yanfang Wang,Miaomiao Zou,Tianxiang Lan,Yongnian Ni. Chinese Chemical Letters. 2019(06)
[2]Preparation of Fe–Co based MOF-74 and its effective adsorption of arsenic from aqueous solution[J]. Jianqiang Sun,Xiaobing Zhang,Anping Zhang,Chunyang Liao. Journal of Environmental Sciences. 2019(06)
[3]CuCr2O4-CuO复合敏感电极混合位型NO2传感器的研究[J]. 李跃华,侯欢欢,韩文,戴磊,王岭. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
[4]固相法合成纳米氧化镁[J]. 廖莉玲,刘吉平. 精细化工. 2001(12)
硕士论文
[1]基于Co3O4的过渡金属氧化物电极的无酶葡萄糖传感器的研究[D]. 夏承锴.中北大学 2019
[2]基于金属氧化物的太阳能热化学储能试验研究[D]. 杨光伟.浙江大学 2018
[3]两种纳米金属氧化物的制备及其催化性能的研究[D]. 杨兵.湖南大学 2017
[4]金属氧化物纳米材料修饰电极的制备及其应用[D]. 殷兆静.安徽师范大学 2011
本文编号：3566762
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有机配体图（左为5-（（4-羧基苄基）氧甲基苯并咪唑-1-基甲基）
华北理工大学硕士学位论文-16-3.2.2[Co(L)2(bmb)]n结构分析图2是Co-MOF的不对称单元图，结构式为[Co(L)2(bmb)]n。Co-MOF的空间群为P-1。图2Co（II）离子与原子编号方案的配位环境（为了清楚起见，省略了氢原子）Fig.2CoordinationenvironmentoftheCo(II)ionwiththeatomnumberingscheme(Hydrogenatomsareomittedforclarity)图3（A）由Co（II）和bmb构成的无限一维链,（B）Co（II）,bmb和L配体构成的无限一维链Fig.3(A)Theinfinite1DchainconstructedbytheCo(II)andbmb,(B)Theinfinite1DchainconstructedbytheCo(II)
第3章基于新型Co-MOF的Co3O4的制备及其敏感性能研究-17-不对称单元由半个晶体学独立的Co（II）离子，一个部分去质子化的L配体和半个bmb配体组成。Co（II）的配位环境为具有四个氧原子和两个N原子的{CoO4N2}八面体。Co-O键长分别为：Co1-O1=2.1814(10)，Co1-O2=2.1336(11)，Co1-O11=2.1814(10)，Co1-O21=2.1336(11))；Co-N键长为:Co1-N1=2.1074(13)，Co1-N11=2.1074(13)。O1，O2，O11，O21和Co1的氧原子形成一个赤道面，而N11和N1的氮原子占据赤道面的轴向位置。N1-Co1-N11的键角为180°。图4Co-MOF的晶体堆积图Fig.4ViewofthecrystalpackingofCo-MOF如图3所示，bmb配体作为双齿配体，通过两个苯并咪唑氮原子（N1，N11）连接两个Co（II）原子，构成无限一维链状结构（图3中A）。其中两个Co（II）离子距离为13.3445（6）。L配体中，仅一个去质子化的羧基参与了与Co（II）的配位，而另两个羧基不与Co（II）配位。因此，L配体仅悬挂在由Co（II）和bmb组成的一维链的两侧（图3中B）。如图4所示，羧酸配体的羧基氧原子通过的氢键将一维链状结构拓展成为三维超分子结构。3.2.3XRD结果分析如图5中（a）所示，Co-MOF的XRD结果与模拟的XRD图谱，表明水热法合成的新型Co-MOF为纯相。将Co-MOF在450℃空气气氛下煅烧3h，得到黑色煅烧产物。为了更好地确认产物的晶体结构及纯度，对其进行了X射线衍射表征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical non-enzymatic glucose sensors based on nano-composite of Co3O4 and multiwalled carbon nanotube[J]. Xiaoyun Lin,Yanfang Wang,Miaomiao Zou,Tianxiang Lan,Yongnian Ni. Chinese Chemical Letters. 2019(06)
[2]Preparation of Fe–Co based MOF-74 and its effective adsorption of arsenic from aqueous solution[J]. Jianqiang Sun,Xiaobing Zhang,Anping Zhang,Chunyang Liao. Journal of Environmental Sciences. 2019(06)
[3]CuCr2O4-CuO复合敏感电极混合位型NO2传感器的研究[J]. 李跃华,侯欢欢,韩文,戴磊,王岭. 稀有金属材料与工程. 2018(S1)
[4]固相法合成纳米氧化镁[J]. 廖莉玲,刘吉平. 精细化工. 2001(12)
硕士论文
[1]基于Co3O4的过渡金属氧化物电极的无酶葡萄糖传感器的研究[D]. 夏承锴.中北大学 2019
[2]基于金属氧化物的太阳能热化学储能试验研究[D]. 杨光伟.浙江大学 2018
[3]两种纳米金属氧化物的制备及其催化性能的研究[D]. 杨兵.湖南大学 2017
[4]金属氧化物纳米材料修饰电极的制备及其应用[D]. 殷兆静.安徽师范大学 2011
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