錳基氧化物電化學(xué)傳感器的制備及其性能研究.pdf

1、過氧化氫是生物體中一種有效的信號分子，過氧化氫的檢測常出現(xiàn)于生化、醫(yī)藥、環(huán)境處理等方面。采用電化學(xué)方法檢測過氧化氫不但高效靈敏，還具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性和重復(fù)性。目前，大量研究采用貴金屬來構(gòu)建過氧化氫電化學(xué)生物傳感器，然而貴金屬資源稀少、成本昂貴，不易于推廣使用。二氧化錳廉價易得、資源豐富，因其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)常被用于催化、電化學(xué)等領(lǐng)域。二氧化錳的制備技術(shù)已經(jīng)十分成熟，已有大量報道探究以不同方法合成各種晶型和形貌的二氧化錳納米材料，但鮮少將

2、其用于過氧化氫電化學(xué)傳感器中。因此，圍繞二氧化錳納米材料對過氧化氫電化學(xué)傳感的研究具有十分重要的應(yīng)用意義。本論文主要展開了以下兩個方面的工作：
　　1.以高錳酸鉀、硫酸錳、過硫酸鈉等為原料，采用水熱法合成了一系列二氧化錳(MnO2)催化劑，通過X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)以及N2吸附-脫附等手段進行了表征。后將所制備的二氧化錳材料構(gòu)建一系列新型的過氧化氫傳感器，并采用循環(huán)伏安法(CV)和計時電流法(I-t)分別對修

3、飾電極進行表征，考察其過氧化氫傳感性能。結(jié)果表明，不同形貌和結(jié)構(gòu)的二氧化錳對過氧化氫的傳感性能不同，三維結(jié)構(gòu)的二氧化錳材料由于具有多活性位點有利于電催化反應(yīng)的進行。同時，導(dǎo)電性也影響過氧化氫傳感器的性能，在制備的三種修飾電極中，海膽狀α-MnO2催化劑修飾的玻碳電極對過氧化氫有優(yōu)異的電催化性能，其靈敏度為26.2μA·L·mmol-1。H2O2峰電流值在2×10-6~0.14×10-3 mo l·L-1范圍內(nèi)與濃度呈線性關(guān)系，最低檢出限

4、為0.57×10-6 mo l·L-1(S/N=3)。
　　2.以高錳酸鉀、多壁碳納米管(MWCNTs)等為原料，分別采用超聲-液相法和水熱法合成了形貌良好、分布均勻的δ-MnO2@MWCNTs與花狀二氧化錳納米材料。通過X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、N2吸附-脫附、紅外和拉曼等表征手段對δ-MnO2@MWCNTs、花狀二氧化錳和多壁碳納米管進行了表征。同時，研究了不同高錳酸鉀濃度下產(chǎn)物的形貌變

5、化，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀濃度在0.01 mo l·L-1時，片狀生長良好，整體包裹均勻，自組裝生長較少。此外，將所制備的材料構(gòu)建了一系列新型無酶過氧化氫傳感器。通過循環(huán)伏安法(CV)和計時電流法(I-t)對各個修飾電極進行電化學(xué)傳感性能測試，可以看出，δ-MnO2@MWCNTs相比于花狀二氧化錳與MWCNTs具有最優(yōu)的過氧化氫傳感性能，其靈敏度為53.28μA·L·mmol-1，最低檢出限為0.06×10-6 mol·L-1(S/N=3)，在2