本文關鍵詞：多孔碳納米復合材料電化學傳感器制備及應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：IV多孔碳材料作為一種新型形貌的納米結(jié)構(gòu)的碳材料,不僅具有較大的電活性表面積、較多的活性位點、良好的導電性和機械穩(wěn)定性,而且表面還分布著獨特的多孔結(jié)構(gòu)。多孔碳是一種新型催化劑和催化劑載體。多孔碳其尺寸可調(diào)節(jié)的多孔結(jié)構(gòu)不僅有利于納米粒子的生長和限制納米粒子的團聚,很大程度上提高了納米粒子的分散性,還有利于反應物質(zhì)在電極表面的擴散,繼而有效地提高了納米復合電催化劑的性能。生長在孔內(nèi)的納米粒子經(jīng)過長時間使用后不容易從多孔碳載體骨架上脫落。多孔碳及其復合材料優(yōu)異的性能使其在電催化劑載體、燃料電池、電容器、鋰離子電池以及電化學傳感器等研究領域有著廣闊的應用前景。本論文文獻綜述部分重點介紹了多孔碳材料的分類、制備、功能化以及應用。本論文以多孔碳(有序介孔碳(OMC)和三維大孔碳(MPC))為載體,充分利用多孔碳的特點制備出新穎的多孔碳基納米復合材料。研究的結(jié)果表明所制備的多孔碳基的納米復合材料可以作為性能良好的電化學傳感器,對具有電活性的環(huán)境污染物和生物分子的電化學檢測具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低以及穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好等優(yōu)點。本論文包括以下幾個方面:(1)我們合成了一種貴金屬Pt納米粒子負載的MPC納米復合材料(Pt/MPC)。在合成過程中,先在MPC的表面修飾一層聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)表面活性劑,由于PDDA帶正電荷,可以與帶負電荷的26Pt Cl-產(chǎn)生靜電吸附作用,用乙二醇作為貴金屬還原劑,采用微波輔助加熱的方法合成了Pt/MPC。我們用所合成的Pt/MPC納米復合材料修飾玻碳電極,對環(huán)境污染物硝基苯的電化學行為進行了研究,所構(gòu)建的電化學傳感器對硝基苯的檢測具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、重現(xiàn)性好等優(yōu)點。(2)我們報道了用一種簡單、快速、綠色環(huán)保的方法來合成多金屬氧酸鹽(POMs)包裹的貴金屬Au納米粒子負載的OMC納米復合物(Au@POMs/OMC)。在此過程中POMs既作貴金屬的還原劑,又作貴金屬納米粒子與OMC的連結(jié)劑,解決了在還原貴金屬和將貴金屬納米粒子負載在碳材料上經(jīng)常出現(xiàn)的高溫、耗時以及不環(huán)保等問題。所構(gòu)建的基于Au@POMs/OMC的電化學傳感器,對電活性生物分子具有很好的分析檢測性能。(3)我們采用了一種簡單的一步碳化法制得了N摻雜的OMC材料(OMCN)。在合成過程中,以有序介孔硅SBA-15作為硬模板,三聚氰胺既作碳源,又作氮源,通過改變不同的碳化溫度,合成了一系列OMCN-x納米材料。所合成的NOMC-x解決了貴金屬催化劑合成成本高的問題。我們用電活性物質(zhì)H2O2、硝基苯和NADH作為電化學探針,對這一系列基于OMCN-x納米材料的電化學傳感器進行了表征。(4)有文獻報道了一些關于金屬有機框架結(jié)構(gòu)(MOF)材料在電化學領域的研究工作,但是大多數(shù)MOF材料的缺點是它們在水溶液中往往不穩(wěn)定,并且導電性較差。為了克服MOF的這些缺點,我們合成了一種Cu-MOF負載的MPC納米復合材料(Cu-MOF-MPC)。在我們的研究中發(fā)現(xiàn),一方面,MPC的加入可以限制MOF晶體的自由生長和團聚,大大減小了MOF晶體的尺寸,使其在水溶液中結(jié)構(gòu)不易坍塌;另一方面,MOF晶體深深地嵌入到碳材料骨架中,MPC可以將MOF牢牢地固定住,同樣降低了MOF材料的結(jié)構(gòu)在水溶液中坍塌的風險。除此之外,MPC的加入有效地提高了復合材料的導電性,使其在電催化領域有著更為廣闊地應用前景。
【關鍵詞】：多孔碳 貴金屬納米粒子 氮摻雜 多酸 金屬有機框架結(jié)構(gòu) 電催化 電化學傳感器
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TP212.2
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 第一章 文獻綜述10-36
• 1.1 前言10-11
• 1.2 多孔碳材料的定義11
• 1.3 多孔碳材料的制備11-14
• 1.3.1 硬模板法制備多孔碳11-12
• 1.3.2 軟模板法制備多孔碳12-13
• 1.3.3 無模板法制備多孔碳13-14
• 1.4 多孔碳材料的功能化14-15
• 1.4.1 多孔碳的表面氧化14
• 1.4.2 多孔碳的聚合物修飾14-15
• 1.4.3 多孔碳的雜原子摻雜15
• 1.4.4 貴金屬納米粒子修飾的多孔碳15
• 1.5 多孔碳在電化學中的應用15-17
• 1.5.1 多孔碳在電化學儲能、燃料電池、鋰電和電容器中的應用16
• 1.5.2 多孔碳在電化學檢測中的應用16-17
• 1.6 本工作的意義17-19
• 參考文獻19-36
• 第二章Pt納米粒子負載的大孔碳材料及其電化學應用36-50
• 2.1 前言36-37
• 2.2 實驗37-39
• 2.2.1 試劑（實驗中所用的試劑名稱、規(guī)格和供貨單位見表 2-1）37-38
• 2.2.2 儀器（實驗中所用的儀器名稱和型號見表 2-2）38
• 2.2.3 SiO2 小球模板、MPC和Pt/MPC納米復合材料的制備38-39
• 2.2.4 修飾電極的制備39
• 2.3 結(jié)果與討論39-44
• 2.3.1 MPC和Pt/MPC復合物的表征39-41
• 2.3.2 Pt/MPC對NB電化學行為的研究及電化學檢測41-44
• 2.4 結(jié)論44-45
• 參考文獻45-50
• 第三章 簡單、快速、綠色環(huán)保的方法合成Au@POMs/OMC三嵌段復合物及其電化學應用50-73
• 3.1 前言50-51
• 3.2 實驗51-53
• 3.2.1 試劑（實驗中所用的試劑名稱、規(guī)格和供貨單位見表 3-1）51-52
• 3.2.2 儀器（實驗中所用的儀器名稱、型號和生產(chǎn)廠家見表 3-2）52
• 3.2.3 OMC和Au@POMs/OMC三嵌段納米復合材料的制備52-53
• 3.2.4 修飾電極的制備53
• 3.3 結(jié)果與討論53-65
• 3.3.1 OMC和Au@POMs/OMC復合物的表征53-57
• 3.3.2 Au@POMs/OMC對AP、H2O2和NADH電化學行為的研究及電化學檢測57-65
• 3.4 結(jié)論65-66
• 參考文獻66-73
• 第四章 簡單的方法合成二維氮摻雜的有序介孔碳及其對于H2O2、硝基苯和NADH的電化學研究73-90
• 4.1 前言73-74
• 4.2 實驗74-76
• 4.2.1 試劑（實驗中所用的試劑名稱、規(guī)格和供貨單位見表 4-1）74
• 4.2.2 儀器（實驗中所用的儀器名稱、型號和生產(chǎn)廠家見表 4-2）74-75
• 4.2.3 OMCN-x的制備75
• 4.2.4 修飾電極的制備75-76
• 4.3 結(jié)果與討論76-84
• 4.3.1 OMCN-x材料的表征76-79
• 4.3.2 OMCN對H2O2、NB和NADH電化學行為的研究及電化學檢測79-84
• 4.4 結(jié)論84-85
• 參考文獻85-90
• 第五章 金屬有機框架結(jié)構(gòu)負載的大孔碳納米復合材料及其電化學應用90-113
• 5.1 前言90-91
• 5.2 實驗91-93
• 5.2.1 試劑（實驗中所用的試劑名稱、規(guī)格和供貨單位見表 5-1）91
• 5.2.2 儀器（實驗中所用的儀器名稱、型號和生產(chǎn)廠家見表 5-2）91-92
• 5.2.3 Cu-MOF和Cu-MOF-MPC復合材料的制備92-93
• 5.2.4 修飾電極的制備93
• 5.3 結(jié)果與討論93-106
• 5.3.1 MPC、Cu-MOF和Cu-MOF-MPC的表征93-95
• 5.3.2 所制備樣品的熱穩(wěn)定性、水溶液穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性95-98
• 5.3.3 所制材料的電化學性能及其對 H_2O_2、NADH、AA 和 Hb 的電化學檢測98-106
• 5.4 結(jié)論106-107
• 參考文獻107-113
• 致謝113-114
• 在讀期間公開發(fā)表論文情況114-115

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1 唐偉家;導電納米復合材料[J];合成材料老化與應用;2001年02期

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6 王珂,朱湛,郭炳南;聚對苯二甲酸乙二醇酯/蛭石納米復合材料的制備[J];應用化學;2003年07期

7 鐘厲,韓西;納米復合材料的研究應用[J];重慶交通學院學報;2003年03期

8 金延;納米復合材料及應用[J];金屬功能材料;2004年06期

9 ;美國納米復合材料需求將增長[J];橡塑技術與裝備;2008年03期

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1 肖紅梅;楊洋;李元慶;鄭斌;付紹云;;功能納米復合材料研究進展[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（上冊）[C];2008年

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3 馬永梅;;塑料/膨潤土納米復合材料市場應用[A];2003年中國納微粉體制備與技術應用研討會論文集[C];2003年

4 陳潔;徐曉楠;楊玲;;納米復合材料的阻燃研究[A];中國化學會第二十五屆學術年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

5 趙海波;徐波;王俊勝;王玉忠;;主鏈含磷阻燃共聚酯/硫酸鋇納米復合材料的研究[A];2009年中國阻燃學術年會論文集[C];2009年

6 張忠;;多級次多尺度納米復合材料力學性能研究[A];2010年第四屆微納米海峽兩岸科技暨納微米系統(tǒng)與加工制備中的力學問題研討會摘要集[C];2010年

7 盧小泉;;基于納米復合材料的電化學生物傳感器[A];第六屆海峽兩岸分析化學會議摘要論文集[C];2010年

8 周安寧;楊伏生;曲建林;李天良;葛嶺梅;;礦物納米復合材料研究進展[A];納米材料和技術應用進展——全國第二屆納米材料和技術應用會議論文集（下卷）[C];2001年

9 上官文峰;;納米復合材料的構(gòu)筑及其光催化性能[A];納微粉體制備與應用進展——2002年納微粉體制備與技術應用研討會論文集[C];2002年

10 林鴻福;;加速聚合物/粘土納米復合材料的產(chǎn)業(yè)化進程[A];浙江省科協(xié)學術研究報告——浙江優(yōu)勢非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用研究論文集[C];2004年

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1 宋玉春;納米復合材料能否風行？[N];中國石化報;2005年

2 李聞芝;納米復合材料產(chǎn)業(yè)化研討會將開[N];中國化工報;2004年

3 李偉;汽車用上納米復合材料部件[N];中國化工報;2004年

4 渤海投資 周延;武漢塑料 突破60日均線壓制[N];證券時報;2004年

5 唐偉家 吳汾 李茂彥;尼龍納米復合材料的開發(fā)和市場[N];中國包裝報;2008年

6 華凌;納米復合材料提升自充電池性能[N];中國化工報;2014年

7 塑化;聚合物系納米復合材料發(fā)展前景廣闊[N];國際商報;2003年

8 唐偉家 吳汾 李茂彥;尼龍納米復合材料的開發(fā)和包裝應用[N];中國包裝報;2008年

9 本報記者 王海霞;納米復合材料將廣泛應用到新能源領域[N];中國能源報;2009年

10 劉霞;高效存儲氫的納米復合材料研制成功[N];科技日報;2011年

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1 李念武;鋰硫二次電池用碳基含硫正極材料的研究[D];南京航空航天大學;2013年

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7 孫遜;新型介孔無機物/聚苯胺納米復合材料的制備及其性能研究[D];蘭州大學;2012年

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9 王洪賓;LiFePO_4/C納米復合材料的設計、合成及其儲鋰性能研究[D];吉林大學;2015年

10 楊慧;基于溶劑澆鑄法和沉積法改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）[D];上海大學;2015年

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1 易華玉;納米復合材料和酶放大構(gòu)建凝血酶電化學適體傳感器的研究[D];西南大學;2015年

2 于丹;BaTiO_3基介電陶瓷和納米復合材料的制備及性能研究[D];浙江大學;2015年

3 王超;PVC納米復合材料的制備及其性能研究[D];河北大學;2015年

4 譚麗莎;功能化磁性納米復合材料的制備及其對Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的選擇性去除研究[D];浙江大學;2015年

5 杜青;鋯基納米復合材料深度凈化水體中的微量重金屬[D];燕山大學;2015年

6 王正奇;硫化鋅納米復合材料的制備、表征及性質(zhì)研究[D];陜西科技大學;2015年

7 明洪濤;TiO_2/Au核殼納米復合材料的制備及其光學性質(zhì)研究[D];東北師范大學;2015年

8 趙元旭;多壁碳納米管/聚碳酸酯復合材料的制備與性能研究[D];鄭州大學;2015年

9 孫藝銘;金/碳納米復合材料生物傳感器檢測多藥耐藥基因MDR1及其表達蛋白ABCB1的實驗研究[D];福建醫(yī)科大學;2015年

10 陳亞;基于碳納米復合材料及β-環(huán)糊精對手性小分子識別研究[D];西南大學;2015年

  本文關鍵詞：多孔碳納米復合材料電化學傳感器制備及應用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：383079