静电纺丝法制备微纳纤维及其电化学传感器的应用

摘要

近年来，一维金属氧化物纳米结构的材料在催化、电化学传感和医学等领域中应用广泛已引起了极大关注。静电纺丝技术是一种简单快捷有效制备一维连续微纳米纤维材料的方法，其制成的纤维膜具有多孔结构和较高的比表面积等优点，发展迅速并逐渐成为纳米材料研究领域热点。本论文利用静电纺丝法构筑了一系列新型电化学传感器，主要研究内容有:
　　1、利用静电纺丝技术在铂电极表面制备了氧化锌纤维膜载体，通过在氧化锌纤维表面电沉积磷钨酸，得到氧化锌负载磷钨酸修饰铂电极。扫描电镜显示氧化锌纤维呈网状结构，纤维直径约为300nm，红外光谱法确认了磷钨酸在纤维表面的附着。采用循环伏安法(CV)和计时电流法(IT)研究了抗坏血酸(AA)在该修饰电极上的电催化作用。研究结果表明，该电极对AA响应快速、灵敏度高，在8.8×10-7～3.3×10-4 mol/L浓度范围内，抗坏血酸与修饰电极响应信号呈线性关系，检出限为2.5×10-7 mol/L。
　　2、利用静电纺丝技术制备了磷钼酸(PMoA)/二氧化钛(TiO2)的复合微纳纤维材料，制成其修饰的碳糊电极(CPE)，研究了该修饰碳糊电极对多巴胺(DA)的电催化氧化作用。通过扫描电镜法(SEM)、X射线衍射法(XRD)和红外光谱法(FTIR)表征了微纳材料的结构形貌，并采用循环伏安法和计时电流法对DA进行测定。实验结果表明，DA在2.5×10-8～1.71×10-4 mol/L的浓度范围内，该修饰碳糊电极在优化实验条件下的响应电流与浓度成良好的线性关系，检测限为1.59×10-8mol/L(S/N=3)。
　　3、在铂电极表面合成Mn(Ac)2-PVA纤维膜，经过煅烧，获得了一种新型对硝基苯酚(PNP)型传感器。采用SEM、XRD和FTIR对纤维形貌结构进行了表征，MnOx呈现均匀的网状纤维结构，表面具有多孔结构。采用CV对该修饰电极进行了检测，并用IT研究了PNP在该修饰电极上的电催化还原性能。结果表明，MnOx/Pt电极对PNP具有很好的催化还原作用，检测范围为4.2×10-7～4.6×10-4mol/L，检测限为7.25×10-8 mol/L。
　　4、利用静电纺丝技术和煅烧过程制备了钴掺杂氧化锌的复合微纳纤维材料，利用物理吸附作用将Co-ZnO的复合材料负载于ITO上制成Co-ZnO/ITO电极。采用SEM、XRD和FTIR对纤维形貌结构进行了表征，Co(Ac)2-Zn(Ac)2-PVP呈现均匀的网状结构，用CV研究了修饰电极的直接电化学性质，并采用差示脉冲伏安法对H2O2进行了测定。结果显示，H2O2在5.00×10-7～6.01×10-4mol/L的浓度范围内，Co-ZnO/ITO电极对H2O2具有良好的电催化作用，检测限低至2.45×10-7mol/L。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1、纳米材料

1．1．1 纳米材料及其性质

1．1．2 纳米材料的制备

1．1．3 纳米材料在电化学中的应用

1．2 化学修饰电极

1．2．1 化学修饰电极的制备

1．2．2 纳米材料修饰电极在电分析化学中的应用

1．3 静电纺丝技术简介

1．3．1 静电纺丝基本工艺

1．3．2 静电纺丝技术的发展状况

1．3．3 静电纺丝纳米纤维的应用

1．4 本文立题依据和意义

第二章 基于磷钨酸／ZnO微纳纤维的抗坏血酸传感器的制备与研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 PWA／ZnO／Pt电极的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 ZnO／Pt电极的制备及形貌结构

2．3．2 PWA／ZnO／Pt电极的制备及优化

2．3．3 PWA／ZnO／Pt电极的表征

2．3．4 PWA／ZnO／Pt电极对AA的电催化

2．3．5 优化工作电压

2．3．6 线性范围与检出限

2．3．7 修饰电极的选择性

2．3．8 实际样品分析

2．3．9 PWA／ZnO／Pt电极的重现性和稳定性

2．4 结论

第三章 磷钼酸／二氧化钛静纺纤维碳糊电极的制备及电催化性质研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 TiO2-PMoA／CPE电极的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 TiO2-PMoA微纳纤维的制备与形貌结构表征

3．3．2 不同修饰电极的循环伏安图(CV)

3．3．3 TiO2-PMoA／CPE电极的表征

3．3．4 pH对TiO2-PNoA／CPE电极测定DA的影响

3．3．5 优化工作电压

3．3．6 线性范围与检出限

3．3．7 修饰电极的选择性

3．3．8 DA加标回收测定

3．3．9 TiO2-PMoA／CPE电极的重现性和稳定性

3．4 结论

第四章 基于氧化锰微纳纤维对硝基苯酚传感器的制备与研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 MnOx／Pt电极的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 MnOx的制备与表征

4．3．2 不同修饰电极的循环伏安图(CV)

4．3．3 MnOx／Pt电极的表征

4．3．4 MnOx／Pt电极对对硝基苯酚的直接电催化

4．3．5 pH对MnOx／Pt电极测定对硝基苯酚时的影响

4．3．6 优化工作电压

4．3．7 线性范围与检测限

4．3．8 MnOx／Pt电极的选择性

4．3．9 MnOx／Pt电极的重现性和稳定性

4．4 结论

第五章 钴掺杂氧化锌微纳纤维的制备及其电化学性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 Co-ZnO／ITO极的制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 Co-ZnO纤维的制备与形貌结构表征

5．3．2 Co-ZnO／ITO电极的优化

5．3．3 不同修饰电极的循环伏安图

5．3．4 Co-ZnO／ITO电极的表征

5．3．5 pH对Co-ZnO／ITO电极测定H2O2时的影响

5．3．6 线性范围与检测限

5．3．7 Co-ZnO／ITO电极重现性和稳定性

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 前景展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文