硫化镉纳米颗粒的超声化学合成及其应用研究

摘要

超声化学法合成的硫化镉纳米颗粒(CdSNCs)颗粒尺寸小、晶型均一、比表面积大、表面性状良好,因此拥有很多优良的性能。目前CdSNCs的合成与表征已成为纳米材料研究的一个新发展趋势,越来越受到科学家们的重视,目前对其研究还主要集中在纳米材料的制备与生成机理的研究,而对于纳米材料作为环境功能材料在环境电化学、光化学方面的理论基础研究还比较少,对于CdSNCs与体材料的复合及其优异的化学性能在环境方面的运用研究还比较缺乏,因此加强在这方面的研究是很有必要的。本论文结合近年来关于CdSNCs的研究成果,开展了CdSNCs及其组装膜的性质,以及其在痕量污染物电催化检测方面的研究工作,获得了一些创新性研究成果。 本论文通过超声化学法合成了纳米级的硫化镉颗粒,合成过程中以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为配位剂,采用合适的温度和反应物浓度,成功获得了纳米硫化镉颗粒的胶体溶液,从而使得到的硫化镉颗粒尺寸更小,表面积增大,形貌均一,应用TEM、SEM、XRD、FI-IR等手段对合成样品的颗粒尺寸、表面形状等进行表征。采用两种不同的组装方法,Layer By Layer和doctor-blade技术,利用超声合成的纳米硫化镉胶体溶液,在导电玻璃和石英片上负载了纳米硫化镉多层膜,并对其形貌和电化学性质进行了对比研究,实验表明纳米硫化镉与体材料复合制成的电极具有良好的导电性,但是在高电位下会发生极化现象,电极表面变黑。通过紫外光谱(UV-vis)和原子力显微镜(AFM)等手段表征分析说明CdSNCs已经均匀地负载在基质上,而CdSNCs自组装膜的电化学、光电流实验也表明了该膜具有良好的电化学性质,并能产生稳定、持久的光电流。将硫化镉纳米颗粒的悬浮液在玻碳电极表面成膜,作为电化学研究的工作电极。选择合适的分散剂以及硫化镉纳米颗粒悬浮液的滴涂量,以确保修饰电极的良好导电性和催化活性,通过循环伏安扫描研究硫化镉催化氧化的反应机理。探讨了纳米硫化镉修饰电极的电化学活性。运用循环伏安、脉冲伏安等电化学手段研究了苯酚、硝基苯酚在纳米硫化镉修饰电极表面的电化学行为。了解了苯酚催化氧化的反应机理,获得苯酚的检出限。由此对纳米硫化镉修饰电极在检测环境中痕量酚类物质方面进行探索性研究,为今后的应用研究打下基础。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1. 超声技术在化学合成领域的研究应用

1.1.1. 超声化学的原理

1.1.2. 金属硫族纳米材料的超声化学制备

1.2. 纳米粒子的特性

1.2.1. 体积效应

1.2.2. 表面效应

1.2.3. 量子尺寸效应

1.2.4. 宏观量子隧道效应

1.3. 纳米硫化镉的特性及应用

1.3.1. 纳米硫化镉的基本特征

1.3.2. 纳米硫化镉的光催化、电催化特性

1.3.3. 纳米硫化镉的其他应用

1.4. 纳米硫化镉的合成及其复合材料

1.4.1. 纳米硫化镉的合成

1.4.2. 纳米硫化镉微粒与分子有序薄膜的复合

1.4.3. 纳米硫化镉微粒与体材料的复合

1.5. 纳米硫化镉修饰电极的研究

1.5.1. 纳米硫化镉修饰电极的制备

1.5.2. 纳米硫化镉修饰电极的应用研究

1.6. 研究的内容及其意义

第二章纳米硫化镉的超声化学合成及颗粒特性表征

2.1 前言

2.2. 实验部分

2.2.1. 实验仪器与试剂

2.2.2. 纳米硫化镉颗粒的超声化学合成

2.3. 结果与讨论

2.3.1. 硫化镉纳米颗粒的可溶性研究

2.3.2. 硫化镉纳米颗粒的XRD研究

2.3.3. 硫化镉纳米颗粒的FEM与SEM观察

2.3.4. 硫化镉纳米颗粒的FT-IR研究

2.4. 本章小结

第三章纳米硫化镉颗粒组装膜的制备方法及特性表征

3.1. 前言

3.2. 实验部分

3.2.1. 实验仪器与试剂

3.2.2. 石英片和导电玻璃的预处理

3.2.3. 纳米硫化镉膜的制备

3.2.4. 纳米硫化镉LBL自组装膜的表征

3.3. 结果和讨论

3.3.1. LBL技术及doctor-blade技术制备的纳米自组装膜

3.3.2. CdSNCs组装膜的电化学行为研究

3.3.3. 自组装膜的UV-vis研究

3.3.4. 纳米硫化镉自组装膜的AFM观察

3.3.5. 硫化镉自组装膜的光电效应研究

3.4. 本章小结

第四章纳米硫化镉修饰电极的制备及其对水溶液中痕量苯酚的电催化研究

4.1. 前言

4.2. 实验部分

4.2.1. 实验仪器与试剂

4.2.2. 玻碳电极的预处理

4.2.3. 纳米硫化镉修饰电极的制备

4.3. 结果与讨论

4.3.1. 溶剂的选择

4.3.2. 修饰量的影响

4.3.3. 纳米硫化镉修饰电极的电化学性质

4.3.4. 纳米硫化镉修饰电极的氧化机理探讨

4.3.5. 纳米硫化镉修饰电极的稳定性与重现性

4.3.6. 纳米硫化镉修饰电极对苯酚的电催化作用

4.3.7. 循环伏安扫速对苯酚催化氧化电流的影响

4.3.8.pH对苯酚氧化电流和峰电位的影响

4.3.9. 脉冲伏安响应电流与苯酚浓度的关系

4.3.10. 硝基苯酚在CdSNCs修饰电极上的电化学行为研究

4.4. 本章小结

结 论

研究特色与创新

展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢