孔径及组成对有序介孔碳修饰电极电化学行为的影响研究

摘要

有序介孔碳(OMC)是最近发现的一类新型的介孔材料，1999年其合成方法首次被Ryoo等人报道。由于介孔碳具有较高的比表面积、有序的孔径分布，同时具有较高的机械强度、较强的吸附能力，可应用于催化、储氢、吸附等领域。与其他介孔材料(比如介孔硅)相比，有序介孔碳的酸碱稳定性良好，其合成模板SBA-15非常便宜，合成方法简单，很容易制得，有序介孔碳本身是很好的良导体，具有较好的导电性，被越来越多的用于研究物质的电化学行为。 我们用SBA-15介孔材料做模板，以蔗糖为碳源，通过改变蔗糖与模板的质量比(x)合成了三种不同孔径特征的介孔碳(OMC-x)。蔗糖与模板的质量比为0.6，1.25和3，对应合成的介孔碳分别表示为OMC-0.6，OMC-1.25和OMC-3。我们使用了粉末X-射线衍射、氮气吸附-脱附和拉曼光谱对三种介孔碳进行了表征。对苯二酚(HQ)在三种OMC-x修饰玻碳电极上表现出了很好的电化学活性。我们利用铁氰化钾氧化还原体系也证明了OMC-0.6具有较优越的电化学性质，随后我们在OMC-0.6/GC电极上系统地研究了对苯二酚的催化氧化行为。对苯二酚在OMC-0.6/GC修饰电极的检出限为文献报道中，电化学法检测对苯二酚的最低值：31.4 nmol L-1(pH 2.00)，这使OMC-0.6/GC修饰电极可能成为一种灵敏的对苯二酚电化学传感器。 另外，我们同样以SBA-15介孔材料做模板，以蔗糖为碳源，在合成介孔碳过程中加入一定量硝酸钴的乙醇溶液，经离心、二次碳化、去模板后形成钴氧化物掺杂的有序介孔碳，记作OMC-Co。以阳离子交换聚合物Nafion为分散剂，很容易地将有序介孔碳及功能化的有序介孔碳分散在水中，把该分散液涂覆在玻碳电极(GC)表面制得修饰电极。我们采用循环伏安、线性扫描等方法比较研究了磷酸缓冲溶液(PBS)中，还原型谷胱甘肽(GSH)在GC、Nafion/GC、OMC/GC和OMC-Co/GC电极上电化学行为。与GC和Nafion/GC电极相比，OMC/GC和OMC-Co/GC电极对GSH都有明显的催化作用，只出现一个氧化峰，但GSH在OMC-Co/GC电极的氧化峰电流大大增加，是OMC/GC电极上氧化峰电流的4.2倍。在pH 3.98 PBS中，OMC-Co/GC电极对GSH的响应稳定。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章、文献综述

1.1介孔材料的概述

1.1.1介孔材料的分类

1.1.2介孔材料的合成方法

1.1.3介孔材料的结构及其主客体组装

1.1.4介孔材料的表征和应用

1.2化学修饰电极

1.2.1修饰电极的种类

1.2.2化学修饰电极的应用

1.2.3介孔碳修饰电极的研究

1.3本工作的意义

参考文献

第二章、不同孔径特征介孔碳的合成及表征

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1试剂和仪器

2.2.2三种不同孔径特征介孔碳OMC-x的制备

2.3三种不同孔径特征介孔碳OMC-x的表征

2.3.1 X-射线衍射(XRD)和N2吸附-脱附等温线

2.3.2拉曼光谱表征

2.4结论

参考文献

第三章、对苯二酚在不同孔径特征介孔碳修饰电极上的电化学行为研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2 OMC-x/GC修饰电极的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 OMC-x/GC电极的电化学行为

3.3.2 HQ在OMC-0.6/GC电极上的电催化氧化

3.4结论

参考文献

第四章、掺杂钴氧化物介孔碳修饰电极的电化学及电催化研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2 OMC-Co的合成

4.2.3 OMC-Co/GC修饰电极的制备

4.3结果与讨论

4.3.1 OMC和OMC-Co的表征

4.3.2 OMC/GC和OMC-Co/GC电极的电化学行为

4.3.3 OMC/GC和OMC-Co/GC电极电催化氧化GSH

4.3.4 pH的影响

4.3.5扫速的影响

4.3.6 GSH在OMC-Co/GC电极上的检测

4.3.7 OMC-Co/GC电极的稳定性和重现性

4.4结论

参考文献

致 谢

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