还原型氧化石墨烯负载铂、钯纳米材料的清洁合成及其电分析应用

摘要

石墨烯是继碳纳米管被发现后碳家族中又一纳米级功能性材料。目前，石墨烯最理想的二维纳米材料之一。石墨烯具有优异的力学性能、导电性能、高的比表面积等性能。还原型氧化石墨烯(RGO)为石墨烯的重要衍生物，由于表面缺陷，其理化性能较石墨烯有所欠缺，但表面上富含的含氧官能团使RGO具有亲水性及易衍生化等特点，使之成为一种负载贵金属纳米的理想二维材料。Pt、Pd等贵金属纳米材料具有优异的光、电、磁和催化性能，在工业、科研界扮演者极其重要的作用。本论文工作通过调控RGO的合成，探究简易、清洁的合成方法，将Pt、Pd纳米材料负载于RGO片层，考察合成的纳米复合材料的性能并研究其在电分析领域的应用。
　　本论文共分为五章，研究内容主要包括:
　　第一章，文献综述，主要介绍了石墨烯、GO、贵金属纳米材料的基本概念;GO的合成与还原方法、RGO贵金属复合纳米材料的合成与应用并介绍了化学修饰电极的概念及其制备方法。
　　第二章，结合实验室前期工作，采用自氧化还原方法合成了高分散性、高表面洁净度的PdNPs/GO复合材料。利用所合成的具有优异电催化性能的PdNPs/GO复合材料，构建一种新型的抗坏血酸（AA）电化学传感器。循环伏安(CV)结果证实了PdNPs/GO对AA有显著的电催化活性，时间电流(i-t)结果表明，PdNPs/GO对AA有较高的响应灵敏度、选择性和良好的稳定响应，有望发展成为一种应用于实际样品中AA浓度测定的新型电化学传感器。
　　第三章，结合实验室前期工作，以乙醇为还原剂合成了铂纳米花载GO（PtNFs/GO）复合材料，构建一种新型的非酶葡萄糖电化学传感器。CV结果证实了PtNFs/GO对葡萄糖有优异的电催化性能。在0.1 M Cl-存在下，PtNFs/GO依然保存着较高的催化活性。I-t曲线说明了所合成的复合材料对不同浓度的葡萄糖传感灵敏度高、响应时间短(5 s)、线性范围宽（2μM～20.3 mM）且响应稳定。所构筑的葡萄糖传感器选择型好，主要干扰物尿酸和抗坏血酸的响应信号小。通过实际样品的测定，验证了PtNFs/GO有望发展成为一种新型的非酶葡萄糖电化学传感器。
　　第四章，发展了一种在KOH介质中合成RGO的简易方法，首次发现利用RGO的还原性，无需添加乙醇，RGO与PtCl42-之间就能够发生自发氧化还原反应，通过一锅法合成PtNPs/RGO复合材料。实验结果证实所获得的RGO具有比GO更强的还原能力。通过TEM、XPS等手段进行复合材料的形貌表征。结果表明，合成的PtNPs高密度、均匀地分布在RGO片层上，粒径在3 nm左右。通过改变合成介质的pH，探究了反应机理，并进行了对不同条件下合成的PtNPs/RGO的电催化性能的调控。所合成的PtNPs/RGO复合材料具有比商品化Pt/C更为优异的电催化氧化甲醇性能，催化氧化电流密度约是商品化Pt/C的2.2倍，且i-t实验证实了所制备的催化剂具有较好的持久催化特性。
　　第五章，首次提出利用Pt3PdNPs/RGO修饰玻碳电极(GCE)作为工作电极，使用阳极溶出伏安法(ASV)进行葡萄糖的检测。研究工作在第四章的基础上，利用一锅法获得表面清洁的Pt3PdNPs/RGO复合材料，该合成无需加入额外的还原剂与表面活性剂。实验通过TEM、XPS等手段对复合材料进行形貌表征。结果表明，合成的复合纳米粒子高密度、均匀分布在RGO片层上，粒径在7nm左右。EDX数据进一步证实了Pt3PdNPs在RGO上的负载。通过CV实验考察了Pt3PdNPs/RGO对葡萄糖的电催化能力，同时根据相关出峰电位选定“电析”电压与溶出电压范围，使用ASV方法进行葡萄糖浓度的测定。实验还考察了Cl-的影响，并将ASV方法的实验结果与CV、LSV、i-t等方法的实验结果进行比较。结果表明，ASV方法的最低可检测浓度较一般电化学方法更低，达到nM级别。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 氧化石墨烯

1．1．1 石墨烯的概述

1．1．2 氧化石墨烯的概述

1．2 贵金属纳米材料

1．2．1 纳米材料的概述

1．2．2 贵金属纳米材料的合成

1．2．3 贵金属纳米材料／(氧化)石墨烯复合材料

1．3 化学修饰电极

1．3．1 化学修饰电极的制备

1．4 论文研究思路

参考文献

第二章 基于PdNPs／GO的抗坏血酸电化学传感器构筑及性能的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 仪器

2．2．3 实验步骤

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 PdNPs／GO的表征

2．3．2 电催化氧化AA、DA、UA

2．3．3 时间电流法测定AA

2．4 本章小结

参考文献

第三章 基于PtNFs／GO的非酶葡萄糖电化学传感器构筑及性能的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 PtNFs／GO的表征及生长机理

3．3．2 中性介质下电催化氧化葡萄糖

3．3．3 时间电流法测定葡萄糖浓度

3．4 本章小结

参考文献

第四章 清洁表面PtNPs／RGO的简易合成及在电催化氧化甲醇中的应用研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 仪器

4．2．3 实验步骤

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 PtNPs／RGO的表征

4．3．2 PtNPs／RGO复合材料的生长机理探究

4．3．3 PtNPs／RGO复合材料的催化性能考察

4．4 本章小结

参考文献

第五章 Pt3PdNPs／RGO的阳极溶出伏安法：一种新型的电化学非酶葡萄糖测定平台

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂

5．2．2 仪器

5．2．3 实验步骤

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 Pt3PdNPs／RGO的表征

5．3．2 Pt3PdNPs／RGO的电催化性能考察

5．3．3 ASV测定葡萄糖

5．4 本章小结

参考文献

致谢

附录

在学期间发表的论文

会议论文

主要缩略词表