電化學(xué)傳感器以其操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、成本低廉及易于小型化,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療診斷、公共安全等眾多領(lǐng)域,而開發(fā)高靈敏度、高選擇性、低檢測(cè)限、高穩(wěn)定性的先進(jìn)電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵在于電極材料的設(shè)計(jì)與合成。電極材料的傳感性能與其表面活性位點(diǎn)數(shù)量、本征催化活性及導(dǎo)電性能密切相關(guān)。本文設(shè)計(jì)合成了一系列具有高比表面積、可調(diào)骨架尺寸與骨架化學(xué)組成的有序大介孔鈷基尖晶石金屬氧化物,顯著改善了電極材料物質(zhì)的傳輸能力、催化活性及導(dǎo)電性能,并研究了介觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(比表面積、孔徑分布、孔壁厚度以及孔容)和骨架化學(xué)組成對(duì)電化學(xué)傳感性能的影響。1、采用有序介孔氧化硅KIT-6為模板、硝酸鈷和硝酸鎳為混合前驅(qū)體,通過改良的硬模板法合成了一系列有序介孔NiCo204尖晶石金屬氧化物。通過改變KIT-6模板的孔道尺寸與聯(lián)通性、前驅(qū)體組成與浸漬方式、鍛燒溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了材料的比表面積(92～181 m2·g-1)、孔徑(4.2～11nm)、骨架尺寸(4.6～8.7nm)以及骨架結(jié)構(gòu)組成成分的調(diào)控。電化學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)介孔孔徑的增加有利于葡萄糖及相關(guān)反應(yīng)物的擴(kuò)散傳輸、骨架尺寸的減小能增加比表面積,利于電解液中離子和分子的吸附和擴(kuò)散且為催化提供更多的活性位點(diǎn),從而促進(jìn)電催化氧化葡萄糖活性的提高與傳感性能的增強(qiáng);尤其是所合成的一種同時(shí)具有大介孔(11 nm)、超細(xì)骨架(4.6nm)、高比表面積(181m2.g-1)的有序介孔NiCo2O4展示了對(duì)葡萄糖的快速響應(yīng)(小于2 s)和最高的靈敏度 4368.8μA·mM-1·cm-2(線性范圍:0.01～0.683 mM)。2、采用與上面類似的合成策略,通過改變前驅(qū)體的種類,也實(shí)現(xiàn)了其他有序介孔鈷基尖晶石金屬氧化物MCo2O4(M=Cu、Zn、Mn、Fe)的可控合成以及基于介觀結(jié)構(gòu)參數(shù)和骨架組成調(diào)控的傳感性能增強(qiáng):(1)成功合成了同時(shí)具有10～13 nm的大介孔、135 m2·g-1～185 m2·g-1的高比表面積、4.8～5 nm超細(xì)骨架的有序介孔鈷基金屬氧化物;(2)研究了有序介孔鈷基尖晶石金屬氧化物骨架中異質(zhì)金屬離子種類對(duì)其催化活性、導(dǎo)電性與葡萄糖非酶?jìng)鞲衅鱾鞲行阅艿挠绊?發(fā)現(xiàn)同時(shí)具有大介孔(12 nm)、超細(xì)骨架(5 nm)、高比表面積(135 m2·g-1)、本征催化活性高和導(dǎo)電性優(yōu)異的CuCo204展示了對(duì)葡萄糖最優(yōu)的催化活性和最高的靈敏度5871.4μA·mM-1·cm-2(0.01-0.977 mM)以及良好的穩(wěn)定性、抗干擾能力。相關(guān)研究結(jié)果對(duì)于其它先進(jìn)電極材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有重要的借鑒意義。
【學(xué)位單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB34;TP212.2
【部分圖文】：

??目前國際上較為認(rèn)可的合成機(jī)理有兩種，液晶相模板機(jī)理［２，１＜）］和協(xié)同作用機(jī)理［３’１１］，具體??合成路線如圖１－２所示。（１）液晶相模板機(jī)理［１（１］：表面活性劑通過自組裝力在溶液中形成有序??排列的超分子液晶相，無機(jī)硅源通過靜電作用或氫鍵作用與表面活性劑離子結(jié)合，桂源在有機(jī)－??－２－??

本論文所用的掃描電子顯微鏡型號(hào)為日本ＪＥＯＬ的ＪＳＭ－７５００Ｆ，加速電壓為０．１?ＫＶ－３０?ＫＶ，??可以放大２５－１００萬倍。掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）用于樣品表面形貌和結(jié)構(gòu)的觀察，其應(yīng)用廣泛，??制樣簡(jiǎn)單，分析直觀快速。原理如圖２－１所示，掃描電子顯微鏡是利用細(xì)聚焦電子束在樣品表??面掃描時(shí)發(fā)出的各種信號(hào)來調(diào)制成像的。由于掃描電子顯微鏡的景深遠(yuǎn)比光學(xué)顯微鏡大的多在??掃描電子顯微鏡中，用來成像的信號(hào)主要是二次電子，其次是背散射電子和吸收電子。觀察樣品??形貌時(shí)，檢測(cè)器收集主要電子，樣品形貌不同導(dǎo)致信號(hào)差別，產(chǎn)生信號(hào)襯度，經(jīng)過放大和亮度??調(diào)節(jié)后獲得樣品的放大像。??特征Ｘ．Ｒ＾．?胃電子束??＇?＼ｆ??背戠Ｍ電子電子｜?二次電子?，??＼?＼?聲二次電??雛就????ｐ—ＩＩ?＊??ｆｉｌ?Ｘ?ｉ＾電子束ｓ生電流??樣品電流?０?：?／???丄／??透射電字??（散射?＞?透射電子??圖２＿１掃描電鏡成像原理圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ??－１１－??

８°／ｍｉｎ，掃描范圍從３度到８５度，小角Ｘ射線衍射儀由布魯克ＡＸＳＤ８提供，工作電壓４０?ｋＶ，??電流４０?ｍＡ，掃描速度為０．１°／ｍｉｎ，掃描范圍從０．３度到１０度。每一種結(jié)晶物質(zhì)，都有其特定??的晶體結(jié)構(gòu)。如圖２－２為Ｘ射線衍射示意圖，其工作原理實(shí)質(zhì)上是原子散射波彼此干涉，內(nèi)部??原子分布圖通過晶體產(chǎn)生的衍射圖來反映。衍射圖案的特征由空間衍射線的分布規(guī)律和衍射線??束的強(qiáng)度構(gòu)成。Ｘ射線衍射滿足布拉格（Ｂｒａｇｇ）公式：??２?ｄ（ｈｋｉ）?ｓｉｎ０?＝ｎ?Ｘ??式中為晶面間距，０為布拉格角（最大晶面衍射角），ｎ為衍射級(jí)數(shù)（ｎ＝ｌ，２，?．．．），人??為入射Ｘ射線波長(zhǎng)，（ｈｋｌ）為晶面符號(hào)，ｈ、ｋ、１必須互質(zhì)。??晶面法線?＼?ｒ?２－??，／?．Ｖｉａ－??／??＿—Ｔ??５?Ｚ?ｉｄ??°?一．￣￣－一?ｔ??圖２－２?Ｘ射線衍射示意圖??Ｆｉｇ．２－２?Ｘ－Ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??２．２．４透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）??本論文中所用的透射電子顯微鏡為日本日立公司的ＨＴ－７７００，加速電壓為１００?ＫＶ，電流為??１０?Ａ。透射電鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）是一種具有高分辨率，高放大倍數(shù)的電子??光學(xué)儀器，被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)等研宄領(lǐng)域。透射電子顯微鏡的主要特點(diǎn)是可以進(jìn)行組織形??貌與晶體結(jié)構(gòu)同位分析、晶體缺陷分析和晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定，主要用于超微結(jié)構(gòu)（
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本文編號(hào)：2870494