納米技術(shù)和納米科學(xué)的顯著發(fā)展,極大地推動了納米材料領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展�；诩{米材料的電化學(xué)信號放大策略,具有提高電化學(xué)傳感器和生物傳感器的靈敏度和選擇性的巨大潛力。而電極材料在構(gòu)建基于各種分析原理檢測目標分子的高效的電化學(xué)傳感平臺中起著至關(guān)重要的作用。此外,催化過程在能源存儲和轉(zhuǎn)換中起著至關(guān)重要的作用,而高效催化劑則在其中起著核心作用。盡管金屬納米復(fù)合材料已經(jīng)作為催化領(lǐng)域的一個前沿課題而被研究了很多年,但是目前還有很多問題沒有得到解決。貴金屬基電催化劑在很多反應(yīng)中都具有非常高的催化活性,但是其地球含量有限、開發(fā)及使用成本較高等,開發(fā)能夠取代貴金屬電催化劑的非貴金屬催化劑是一個非常有趣和有挑戰(zhàn)意義的課題。本論文主要探究了非貴過渡金屬納米復(fù)合材料在電化學(xué)傳感器和能源存儲與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用,采用不同的方法構(gòu)建了基于不同金屬的納米復(fù)合材料,并探索了它們的結(jié)構(gòu)、組成等對電化學(xué)傳感及能源儲存與轉(zhuǎn)換性能的影響,并取得了優(yōu)異的性能表現(xiàn)。該論文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:（1）基于銅基納米材料的非酶葡萄糖傳感平臺的構(gòu)建:金屬銅基納米材料在非酶葡萄糖傳感器的構(gòu)建中具有較大的潛力。1)我們采用濕化學(xué)方法制備了表面粗糙... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）元素周期表中的部分金屬元素；（ｂ），?（ｃ）和（ｄ）分別為ｆｅｅ，?２Ｈ和４Ｈ相的平面的緊??密堆積的堆積順序，其中“Ａ，”?“Ｂ，”和“Ｃ”分別代表晶體中的不同平面

有利于其在實際生產(chǎn)中易于加工和儲存。此外，像例如Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ和Ｐｄ等貴??金屬納米材料展現(xiàn)了有趣的光學(xué)性質(zhì)，使其在催化、傳感、電化學(xué)儲能、生物??醫(yī)學(xué)診斷及治療等領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注，如圖１．３所示。在許多化學(xué)過程中，??貴金屬具有一般金屬材料無可比擬的催化性能。例如基于Ｐｔ的電催化劑在析氫??反應(yīng)（ＨＥＲ）中能夠發(fā)揮出非常高的催化活性。負載在碳（Ｃ）上的精細的鉑??（Ｐｔ）納米顆粒Ｐｔ／Ｃ具有非常好的氧還原（ＯＲＲ）催化活性，是目前已經(jīng)商業(yè)??化且被廣泛應(yīng)用的ＯＲＲ電催化劑，在ＯＲＲ電催化劑的研宄過程中常被用作基??準對比催化劑。盡管如此，Ｐｔ基電催化劑在實際應(yīng)用中還存在催化穩(wěn)定性差的??問題，這樣嚴重影響了其在金屬－空氣電池及燃料電池中的應(yīng)用，阻礙了聚合物??電解質(zhì)膜燃料電池的發(fā)展。［６］氧化釕（Ｒｕ０２）及氧化銥（Ｉｒ０２）催化劑具有非??常高的電催化氧析出反應(yīng)（ＯＥＲ）的催化活性，是常用的標準對比催化劑。此??夕卜，貴金屬納米材料還具有比價好的傳感性能，在電化學(xué)傳感器和生物傳感器??的研宄中常被用作傳感材料。它們能夠引起如此的關(guān)注度，還主要得益于其大??的表面積及高孔體積可以在催化活性、導(dǎo)電性及生物相容性之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。??Ｐｔ可以用于苯二酚［７］、過氧化氫（Ｈ２０２）?［８］、葡萄糖傳感分析

Ｐｔ基電催化劑還具有非常高效的電催化葡萄糖氧化的性能。例如ＰｔＰｄ納米??和納米管、ＰｔＣｕ納米鏈都能促進葡萄糖氧化的動力學(xué)，提高生物傳感系統(tǒng)的??定性。與單金屬體系相比，合理的設(shè)計具有復(fù)雜的成分的納米材是綜合利用??種或更多種金屬成分的性質(zhì)一種高效的方法。對于Ｐｔ基合金來說，發(fā)展一種??易的策略合成具有可控尺寸和特定結(jié)構(gòu)的三金屬Ｐｔ合金并用于葡萄糖傳感還??非常有挑戰(zhàn)性的。林躍河等［１３］設(shè)計并合成了一種ＰｄＣｕＰｔ三金屬納米晶，如??１．４，該催化劑呈現(xiàn)出分支結(jié)構(gòu)。他們設(shè)計的催化劑在堿性環(huán)境中催化葡萄糖??化研宄中顯示出非常高的催化活性、選擇性及穩(wěn)定性。催化劑活性的提升得??于其獨特枝狀的納米結(jié)構(gòu)和金屬之間的協(xié)同效應(yīng)的存在。??目前對氧還原反應(yīng)催化性能最好的催化劑是Ｐｔ基電催化劑，鑒于貴金屬材??的儲量較少等問題引起的高成本，導(dǎo)致了其不能被大規(guī)模的應(yīng)用于相關(guān)的燃??電池的科學(xué)研宄和商業(yè)應(yīng)用。在氧還原反應(yīng)過程中，貴金屬Ｐｔ結(jié)合含氧中間??的結(jié)合力比較強，一定程度上限制了其對氧還原的催化活性。目前常用于提??Ｐｔ催化ＯＲＲ活性和減少其用量的主要策略是：將貴金屬鉑與鎳、鈷、鐵等??價的過渡金屬設(shè)計成合金或者核殼結(jié)構(gòu)，從而增加催化劑表面暴露的活性位??


本文編號：2972044