纳米复合物修饰电极对环境污染物的电化学分析应用研究

发布时间：2020-05-28 15:00

【摘要】：通过在混酸氧化了的多壁碳纳米管表面沉积银纳米粒子制备了多壁碳纳米管负载银纳米复合材料。对所制备的复合材料用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和光电子能谱(XPS)进行了表面形貌及结构的表征。利用循环伏安法、方波伏安法等电化学技术对复合材料修饰的电极进行了电化学性能研究。基于复合材料良好的导电性、高催化活性和大比表面等特性,复合物修饰电极被成功地用于环境污染物的分析检测,为环境分析提供了灵敏、快速、低成本的检测方法。主要研究结果如下： (1)用一种简单的化学方法制备了银纳米粒子/多壁碳纳米管纳米复合物。银纳米粒子在多壁碳纳米管表面具有良好的分散性。氧化了的多壁碳纳米管表面具有较多的羧基便于银离子的吸附与成核,NaOH同时作为还原剂和pH调节剂来控制银纳米粒子的尺寸。制备了的纳米复合物用透射电镜、X-射线衍射和循环伏安法进行了表征。Randles-Sevcik曲线表明了该复合物在碱性溶液中的反应是一个扩散控制的过程,并求得扩散系数是1.09×10-4cm2s-1。通过可控电沉积的方法制备了银纳米粒子掺杂壳聚糖凝胶膜(SNP-CS)。所制备的SNP-CS膜对带负电荷的氧化还原电对[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-具有优良的加速扩散和电子传递过程的能力,这主要是因为在酸性溶液中,壳聚糖带有许多正电荷。 (2)用银纳米粒子/多壁碳纳米管纳米复合物修饰电极研究了对硝基酚的电化学性质。实验表明这种纳米复合物对于对硝基酚的电化学还原具有优良的电催化活性。对硝基酚在修饰电极上的还原分为为两步过程：对应于对硝基酚到对羟氨基酚的还原和对羟氨基酚到对亚硝基酚的还原。对硝基酚的第一步还原是一个需要电子的过程,但是第二步还原是一个释放电子的过程,因此,酸性介质有利于对硝基酚到对羟氨基酚的还原,碱性介质有利于对羟氨基酚到对亚硝基酚的还原。通过优化各种实验条件,利用伏安法检测了酸性或碱性介质中的对硝基酚,检测线性范围在酸性条件下(pH=3)为3.0×10-6到1.2×10-4mol L-1,在碱性条件下(pH=10)为3.5×10-5到1.4×10-4mol L-1。 (3)分别用多壁碳纳米管负载银纳米粒子和银纳米粒子掺杂的壳聚糖膜修饰电极对三氯乙酸进行了电化学实验研究,结果表明这两种纳米复合物均对三氯乙酸的还原具有良好的电催化活性。据此用方波伏安技术和计时安培技术建立了检测三氯乙酸的电化学传感器。方波伏安法检测三氯乙酸的线性范围是5.0×10-6-1.2×10-4mol L-1,检出限是1.9×10-6mol L-1(S/N=3)。计时安培法检测三氯乙酸的线性范围是3.O×10-6-5.6×10-5mol L-1,检出限是1.1×10-6mol L-1(S/N=3)。本研究的方法提供了新的方式简单快速的分析测定三氯乙酸,排除了大量二氯乙酸和一氯乙酸的干扰。 (4)研究了过氧化氢在多壁碳纳米管负载纳米银复合物修饰电极上的电化学响应。实验表明该复合物对过氧化氢具有很好的电催化性能。利用方波伏安技术测定了过氧化氢,在优化实验条件下,测定过氧化氢的线性范围为5.0×10-6-8.0×10-5mol L-1,检出限为1.7×10-6mol L-1。该复合物修饰的电极具有很好的稳定性,可以长期保存,许多性能优于酶生物传感器。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X830.2;O657.1

【参考文献】