發(fā)布時間：2017-04-19 16:00

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯基金屬納米修飾電極的制備及其電催化特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：納米材料由于具有量子尺寸效應、小尺寸效應及表面效應等特有的物理和化學性質(zhì),己成為物理、化學、材料等許多學科研究的前沿領(lǐng)域。貴金屬納米粒子是納米粒子的一個重要組成部分,由于貴金屬納米粒子具有區(qū)別于本體材料的優(yōu)異的光、電、磁、催化性能,它將貴金屬獨特的物理化學性質(zhì)與納米粒子的特殊性能有機的結(jié)合起來,在化學催化、能源、電子和生物等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。碳材料由于碳元素有獨特的sp/sp2/sp3三種雜化形式,形成了豐富多彩的碳質(zhì)材料世界。近二十幾年來,從零維的富勒烯到一維的碳納米管,再到近期的二維石墨烯,因為它們具有良好的導電性和高的比表面積,使得碳材料是理想的載體材料,而石墨烯是緊密堆積的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳原子晶體,與其它兩種碳材料相比(富勒烯和碳納米管),石墨烯具有更大的比表面積及更好的導電能力,使得其被認為是當今最好的催化劑載體之一。本論文結(jié)合貴金屬納米粒子及石墨烯兩者的催化性能,報道了貴金屬納米粒子與石墨烯構(gòu)成的修飾電極,將其用于硝基酚的電催化還原,以及對葡萄糖的電催化氧化,研究了其催化反應的機理,拓展了石墨烯負載貴金屬納米材料在電化學和水處理中的應用。本論文主要分為以下四個部分：1.電沉積納米鈀修飾玻碳電極對間硝基酚的電催化還原采用電化學沉積法制備了納米鈀修飾玻碳電極(Pd/GCE),并用掃描電鏡研究了納米鈀的形態(tài),發(fā)現(xiàn)在最佳沉積電位范圍內(nèi)得到的納米鈀尺寸約在20-50 nm且均勻地分散在玻碳電極的表面,此電極對間硝基酚的還原有很好的電催化性能。利用循環(huán)伏安法研究了Pd/GCE電極對間硝基酚溶液的電催化還原行為,結(jié)果表明：與裸玻碳電極相比,在Pd/GCE電極上的硝基酚的還原電位明顯向正電位方向移動；同時伴隨著電流增大。恒電位電解證實,在相同電位下,Pd/GCE電極上的硝基酚的還原電流約為GCE電極上的20倍。并研究了電沉積電位對電極催化性能的影響,及考察了不同pH值對Pd/GCE電極催化性能的影響。同時,用X-射線光電子能譜(XPS)檢測了鈀存在于玻碳電極表面。2.石墨烯修飾玻碳電極對間硝基酚的電催化還原采用一種簡單的方法制得了石墨烯修飾的玻碳電極(RGO/GCE),并將其用于對硝基酚的電催化還原研究。利用循環(huán)伏安法和線性掃描伏安法研究了RGO/GCE電極對問硝基酚的電催化還原行為,結(jié)果表明,與裸玻碳電極(GCE)和氧化石墨烯電極(GO/GCE)相比,在RGO/GCE電極上,硝基酚的還原電位比在GCE或GO/GCE電極上的還原電位明顯向正電位方向移動,且電流增大很多。同時考察了不同pH值對RGO/GCE電極催化性能的影響,以及不同濃度時硝基酚的電催化還原,并對其還原機理進行了探討。3.石墨烯基金納米粒子修飾電極對堿性溶液中葡萄糖溶液的電催化氧化在前面石墨烯修飾玻碳電極的基礎(chǔ)上,本文在RGO/GCE電極的表面進一步修飾貴金屬納米粒子,并研究它的催化作用。在本文中,用恒電位法,在不同電位下沉積納米金于石墨烯修飾的玻碳電極上,制成Au/RGO/GCE電極,實驗證明：在-0.3 V(vs.SCE)下,電沉積金為250μgcm-2時,金納米粒子的尺寸約為70nm時,這種Au/RGO/GCE電極對葡萄糖表現(xiàn)出最好的催化活性,主要原因是較小粒徑的金納米粒子均勻地沉積在RGO/GCE的表面。通過對堿性溶液中葡萄糖的電化學行為的詳細研究,得到了豐富的實驗數(shù)據(jù),有利于對堿性溶液中葡萄糖的電化學氧化機理進一步的了解。同時Au/RGO/GCE電極表現(xiàn)出較好的電化學穩(wěn)定性,快速的電子轉(zhuǎn)移能力,以及高的電流密度(相對于其它文獻的金電極)。同時XPS光譜實驗數(shù)據(jù)表明,在本文的實驗條件下,金沒有被氧化。4.石墨烯基金-銀納米粒子修飾電極對堿性溶液中葡萄糖的電催化氧化研究用恒電位法,在-0.3 V(vs.SCE)下,沉積一定量的納米金和銀于石墨烯修飾的玻碳電極上,制成Au/Ag/RGO/GCE和Ag/Au/RGO/GCE電極,用此兩種電極來研究堿性溶液中的葡萄糖的電化學氧化。實驗結(jié)果表明：銀在雙金屬電極中起到了很好的電催化葡萄糖氧化的作用,沉積的金與銀的質(zhì)量比對葡萄糖的電氧化行為影響較大。Au/Ag/RGO/GCE和Ag/Au/RGO/GCE電極的催化活性和穩(wěn)定性通過循環(huán)伏安法來考察。在堿性溶液中葡萄糖的氧化過程中,在0.24 V附近的葡萄糖的氧化峰電流在雙金屬電極上的值是金電極上的4.5倍。此增強的電流密度可能是由于金與銀的協(xié)同催化作用引起的。其中,Ag/Au/RGO/GCE電極在0.1 M NaOH中的10 mM葡萄糖溶液中經(jīng)過500圈的循環(huán)伏安掃描后,其電流下降只有26.2%,其穩(wěn)定性優(yōu)于Au/Ag/RGO/GCE, Ag/Au/GCE和Au/Ag/GCE電極。主要原因是由于RGO的存在有利于金屬納米粒子在電極表面的均勻分散,以及雙金屬的結(jié)構(gòu)影響了金屬納米粒子的形貌與尺寸,從而影響了電極的性能。
【關(guān)鍵詞】：鈀納米粒子 金納米粒子 電沉積 間硝基酚 電催化還原 還原石墨烯 葡萄糖氧化 Au-Ag雙金屬電極
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O646.54;TB383.1
【目錄】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-10
• 符號說明10-11
• 第一章 緒論11-42
• 1.1 化學修飾電極11-15
• 1.1.1 化學修飾電極簡介11
• 1.1.2 化學修飾電極的制備11-15
• 1.2 石墨烯15-21
• 1.2.1 碳材料的分類和性質(zhì)15-16
• 1.2.2 石墨烯的物理性質(zhì)16-17
• 1.2.3 石墨烯的化學性質(zhì)及制備化學17-21
• 1.3 石墨烯修飾電極21-27
• 1.3.1 氧化石墨烯修飾電極21
• 1.3.2 還原石墨烯修飾電極21-25
• 1.3.3 摻雜石墨烯修飾電極25-27
• 1.4 貴金屬納米粒子負載石墨烯修飾電極27-31
• 1.4.1 鈀納米粒子負載石墨烯修飾電極27-28
• 1.4.2 金納米粒子負載石墨烯修飾電極28-30
• 1.4.3 鉑納米粒子負載石墨烯修飾電極30-31
• 1.5 本課題選擇的意義和內(nèi)容31-34
• 1.5.1 論文的研究內(nèi)容32-33
• 1.5.2 論文的創(chuàng)新點33-34
• 參考文獻34-42
• 第二章 電沉積納米鈀修飾玻碳電極對間硝基酚的電催化還原42-61
• 2.1 實驗部分43-46
• 2.1.1 儀器與試劑43
• 2.1.2 修飾電極(Pd/GCE)的制備43-46
• 2.1.2.1 玻碳電極的預處理44-46
• 2.2 結(jié)果與討論46-57
• 2.2.1 制備的Pd/GCE電極表面形貌的表征46-49
• 2.2.2 Pd/GCE電極對間硝基酚的催化性能研究49-53
• 2.2.3 硝基酚溶液的pH值對電催化還原的影響53-54
• 2.2.4 恒電位下的電催化54-55
• 2.2.5 硝基酚還原的機理研究55-56
• 2.2.6 電解后間硝基酚濃度的測定56-57
• 2.3 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻58-61
• 第三章 石墨烯修飾玻碳電極對間硝基酚的電催化還原61-76
• 3.1 實驗部分62-63
• 3.1.1 儀器與試劑62-63
• 3.1.2 修飾電極的制備63
• 3.2 結(jié)果與討論63-72
• 3.2.1 RGO/GCE,GO/GCE修飾電極的表征63-66
• 3.2.2 pH值對RGO/GCE修飾電極的電催化性能影響66-67
• 3.2.3 RGO/GCE修飾電極對問硝基酚的電催化還原67-70
• 3.2.4 間硝基酚在RGO/GCE電極上的電催化還原機理探索70-72
• 3.3 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻73-76
• 第四章 石墨烯基金納米粒子修飾電極對堿性溶液中葡萄糖溶液的電催化氧化76-92
• 4.1 實驗部分77
• 4.1.1 儀器與試劑77
• 4.1.2 Au/RGO/GCE電極的制備77
• 4.2 結(jié)果與討論77-89
• 4.2.1 電極材料和沉積金的電位對金納米粒子形貌的影響77-80
• 4.2.2 電極材料對葡萄糖電化學氧化的影響80-83
• 4.2.3 沉積金的電位及電量對葡萄糖在Au/RGO/GCE電極上電化學行為的影響83-84
• 4.2.4 氫氧化鈉的濃度對葡萄糖在Au/RGO/GCE電極上電化學行為的影響84-85
• 4.2.5 葡萄糖的濃度對葡萄糖的電氧化的影響85-86
• 4.2.6 掃描速度對葡萄糖電化學氧化的影響86-88
• 4.2.7 葡萄糖酸及葡萄糖酸內(nèi)酯的電化學氧化行為88-89
• 4.3 本章小結(jié)89
• 參考文獻89-92
• 第五章 石墨烯基金-銀納米粒子修飾電極對堿性溶液中葡萄糖的電催化氧化研究92-118
• 5.1 實驗部分93-94
• 5.1.1 儀器與試劑93
• 5.1.2 兩種雙金屬電極：Au/Ag/RGO/GCE;Ag/Au/RGO/GCE電極的制備93-94
• 5.2 結(jié)果與討論94-114
• 5.2.1 沉積于RGO/GCE和GCE電極表面金屬粒子的形貌94-98
• 5.2.2 雙金屬金-銀電極對葡萄糖溶液的電催化作用98-101
• 5.2.3 氫氧化鈉的濃度、葡萄糖的濃度、掃描速度對Au/Ag/RGO/GCE電極上葡萄糖溶液的電氧化影響101-105
• 5.2.4 氫氧化鈉、葡萄糖溶液的濃度,掃描速度對雙金屬電極Ag/Au/RGO/GCE電極上葡萄糖氧化的影響105-110
• 5.2.5 雙金屬電極的穩(wěn)定性110-112
• 5.2.6 雙金屬電極Au/Ag//RGO/GCE和Ag/Au/RGO/GCE電極的XPS光譜分析112-114
• 5.3 本章小結(jié)114-115
• 參考文獻115-118
• 第六章 結(jié)論118-119
• 致謝119-120
• 攻讀博士學位期間發(fā)表和待發(fā)表論文120-121

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