氨氣電化學(xué)傳感器的研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)氨氣傳感器中的含水堿性電解液會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而干涸的問(wèn)題，本論文系統(tǒng)地研究了氨氣在非水體系(不同有機(jī)溶劑)中的直接電化學(xué)氧化行為，嘗試將離子液體與有機(jī)溶劑(DMF)相結(jié)合，形成離子液體-DMF非水體系，從而促進(jìn)氨分子的直接電化學(xué)氧化過(guò)程；以常見不易揮發(fā)的有機(jī)溶劑碳酸丙烯酯為溶劑，以制備的Pt/Ir金屬納米顆粒為催化劑，在非水體系里研究了氨的電催化氧化，催化氧化電流隨氨的濃度的增加而線性增加。在自然界中由于氨氣極易溶于水，在水

2、中氨氣會(huì)轉(zhuǎn)化為沒有電化學(xué)活性的NH4+，因此對(duì)于水體中的NH4+的檢測(cè)也顯得非常有必要，本論文利用納米銅/納米碳管復(fù)合材料檢測(cè)水相中的NH4+，主要內(nèi)容如下： 1.比較了氨氣在有機(jī)溶劑(四氫呋喃(THF)、甲酰胺(FM)、丙酮(AT)，二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF))中的直接電化學(xué)氧化行為(都以LiClO4為電解質(zhì))。在上述五種有機(jī)溶劑中氨都會(huì)發(fā)生電化學(xué)氧化，氨氣的氧化峰都會(huì)不同程度的與有機(jī)溶劑自身的氧化峰重疊。

3、在THF中氨氣的氧化峰很寬，峰電流很小。在FM和DMSO中，氨氣的氧化峰與FM的氧化峰大部分重疊，不利于氨的氧化電流的檢測(cè)。只有在DMF中，氨氣的氧化峰電流相對(duì)較大(出現(xiàn)在1.2V，相對(duì)于Ag)，與DMF的氧化峰重疊程度相對(duì)小一些。但此時(shí)DMF已經(jīng)不可避免的發(fā)生了氧化行為，干擾氨分子的氧化電流的檢測(cè).當(dāng)向DMF中加入離子液體(四氟硼酸1-丁基-3-甲基-咪唑[bmim]BF4)后，DMF分解受到抑制，同時(shí)氨的氧化峰負(fù)移至0.9 V左右。

4、說(shuō)明[bmim]BF4-DMF有機(jī)體系有利于氨的直接電化學(xué)氧化過(guò)程的發(fā)生。該研究結(jié)果為新型氣體傳感器電解液的開發(fā)提供了新的思路與方法。 2.以碳酸丙烯酯(含0.1 mol/L高氯酸四丁基銨)為溶劑，分別將Pt、Ir以及Pt/Ir納米顆粒催化劑修飾在玻碳電極上，用循環(huán)伏安法和恒定電位法研究了氨(濃度為200ppm)的電催化氧化過(guò)程。在Ir納米催化劑上從0.4 V開始出現(xiàn)催化氧化電流，電流密度在1.0 V時(shí)達(dá)到極大值達(dá)到45μA/c

5、m2。而在Pt納米催化劑表面(在考察的范圍內(nèi))并沒有觀察到明顯的氨的催化氧化電流，這可能與制備的Pt納米催化劑表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。但在Pt/Ir(1:1)納米催化劑上0.2 V開始就出現(xiàn)明顯的氨的催化氧化電流，0.5 V時(shí)電流密度可達(dá)到100μA/cm2左右。利用恒電位法研究了不同濃度的氨(50-200 ppm)在Pt/Ir(1:1)納米催化劑表面的穩(wěn)態(tài)電流密度響應(yīng)，不同濃度的氨氣在幾秒內(nèi)都可以達(dá)到穩(wěn)定的電流密度，且具備較好的線性關(guān)系。說(shuō)明P

6、t/Ir(1:1)催化劑對(duì)于氨氣的響應(yīng)具備電流型氨氣傳感器的特征。由于碳酸丙烯酯不易揮發(fā)，因此研究結(jié)果將會(huì)較好地克服傳統(tǒng)氣體傳感器中含水電解液干涸的問(wèn)題，延長(zhǎng)傳感器的壽命。 3.制備了納米銅/納米碳管(MWCNT)復(fù)合材料，修飾到GC電極表面，在碳酸緩沖溶液(50 mmol/L，pH為10)體系中，用示差脈沖法(DPV)在較低的電位范圍內(nèi)(-0.15 V相對(duì)于SCE)檢測(cè)一定濃度范圍的NH4+離子濃度，檢測(cè)濃度范圍是20-100