金纳米及铂纳米粒子修饰电极的制备与电化学应用的研究

摘要

本文以金纳米粒子及铂纳米粒子在电化学研究中的应用为中心，采用电沉积在导电基底表面制备了金纳米粒子阵列及异质结构的铂金双金属纳米结构修饰电极。利用其所具有的电催化性能，在电化学分析与电催化研究等方面开展了工作。主要的研究工作如下：
　　(1)多巴胺(DA)是一种神经递质，在人类中枢神经系统中起着不可替代的作用。多巴胺存在于人体血液中，浓度过高过低都会对机体功能产生影响。尿酸(UA)是人体中不可或缺的物质，对于人体机能的正常运转意义重大。由于两者的氧化电位十分接近，通常需要对检测电极进行表面修饰之后才能进行检测。在此，作者以通过电沉积制备电极AuNPs/ITO，再把电极浸泡于L-半胱氨酸溶液中，得到L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极，再将此电极用于多巴胺和尿酸同时存在下多巴胺检测。相对而言，此方法制得的纳米粒子修饰电极实现了多巴胺和尿酸氧化峰有效的分离，且多巴胺的氧化峰电流强度在一定范围内与相应分析物的浓度存在良好的线性关系。
　　(2)甲醇具有分子结构简单，廉价易得，储存运输安全等诸多优点的燃料。甲醇越来越多的被用于直接燃料电池的研究。而铂拥有对甲醇独一无二的优良催化能力，因此被广泛用于甲醇的催化材料。在甲醇的氧化过程中生成的中间产物CO导致铂中毒，降低其催化活性。但金的存在则能够使中毒的铂催化剂再生。为此，作者利用电沉积方法，在ITO导电玻璃表面制备了Au(111)晶面比例占优的金纳米粒子修饰的AuNPs/ITO电极，且在此电极上进一步沉积了铂，制备双金属纳米粒子修饰的PtNPs/AuNPs/ITO电极用于甲醇的催化氧化研究。电极表面沉积的双金属纳米结构具备异质结构，具备异质结构特征的双金属纳米结构修饰电极有利于提高电极的电催化性能的同时，能够有效消除反应过程产生的中间物，改善电极材料使用的稳定性。研究中对铂的电沉积圈数进行了优化，优化后所制备的PtNPs/AuNPs/ITO电极用于甲醇的催化氧化效果良好，优于单纯沉积的铂纳米结构修饰电极（PtNPs/ITO电极）。且PtNPs/AuNPs/ITO电极抗中毒能力良好，不会出现电流值大幅下降现象，对甲醇的催化氧化电流值稳定。

目录

第一章 前言

1.1 纳米材料简介

1.1.1 纳米材料的特性

1.1.2 金纳米材料的制备与运用

1.1.3 铂纳米材料的制备与运用

1.1.4 双金属纳米粒子的研究

1.2 电化学的简介

1.2.1 电化学分析法及生物传感器

1.2.2 自组装修饰电极的应用

1.3 直接甲醇燃料电池研究

1.3.1 直接甲醇燃料电池的现状

1.3.2 直接甲醇燃料电池电极催化过程

1.3.3 催化剂电极的分类

1.3.4催化剂的制备方法

1.3.5 直接甲醇燃料电池存在的问题

1.4 本工作研究内容及意义

1.4.1 工作主要内容

1.4.2 工作研究意义

第二章 金纳米粒子修饰电极在多巴胺电化学分析中的应用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器及试验参数

2.2.2 试剂

2.2.3 ITO玻璃的预处理

2.2.4 AuNPs/ITO 修饰电极的制备

2.2.5 L-Cys SAMs/AuNPs/ITO 电极的制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 DA与UA 在L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极表面的电化学行为

2.3.2修饰电极的制备条件与溶液pH的选择

2.3.3 L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极的FE-SEM和紫外吸收峰表征

2.3.4 L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极的电化学特性

2.3.5 L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极上的UA对DA的氧化干扰

2.3.6 在L-Cys SAMs/AuNPs/ITO电极上 DA 的浓度与电流密度的相关性

2.4 结论

第三章 异质结构的铂金(Pt-Au)纳米粒子阵列(修饰)电极在直接甲醇燃料电池(DMFC)研究中的应用

3.1 引言

3.2 实验材料

3.2.1 实验仪器及实验参数

3.2.2 试剂

3.2.3 ITO玻璃的预处理

3.2.4 AuNPs/ITO电极的制备

3.2.5 PtNPs/AuNPs/ITO电极的制备

3.2.6 甲醇的电催化氧化

3.3 结果与讨论

3.3.1 PtNPs/AuNPs/ITO对甲醇的电催化性能

3.3.2 PtNPs/AuNPs/ITO电极上铂纳米粒子沉积条件筛选

3.3.3 PtNPs/AuNPs/ITO电极的颜色，紫外，SEM，TEM，XRD和XPS表征

3.3.4 PtNPs/AuNPs/ITO电极的电化学表征

3.3.5 PtNPs/AuNPs/ITO电极甲醇催化的抗中毒机理讨论

3.4 结论

第四章 全文总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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