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(jià)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(bào)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(jìn)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(jì)時(shí)電流法(I-t)分別對修

3、飾電極進(jìn)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(diǎn)有利于電催化反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)，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(jìn)行了表征。同時(shí)，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(shí)，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(jì)時(shí)電流法(I-t)對各個修飾電極進(jìn)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