聚苯胺/无机纳米粒子复合材料的制备及其传感特性研究

摘要

聚苯胺（PANI）作为典型的导电高分子，以其良好的化学稳定性、环境稳定性及独特的电化学性能成为近年来研究的焦点。聚苯胺/无机纳米粒子复合材料有着聚苯胺和无机纳米粒子两者的优异特性，可以作为优良的传感材料应用于化学传感器中，常见的如甲醛气体传感器和无酶葡萄糖生物传感器。
　　目前，甲醛气体传感器的气敏材料多为金属及其氧化物，但因为这类材料对工作温度要求高，发展受到很大限制。聚苯胺和银都是常用的气敏材料，但很少有聚苯胺/无机纳米粒子复合材料在甲醛传感器上的应用研究，因此，本文探索性地研究了基于聚苯胺/银纳米粒子复合材料的甲醛气体传感器。
　　葡萄糖作为生产生活中的重要化学物质，其精确检测在工业生产、医疗应用方面有着重要意义，相比于传统的葡萄糖传感器，在无酶葡萄糖传感器中，葡萄糖可以不通过酶而直接在电极表面催化氧化引起电流变化，结果更加准确。有研究报道氧化铈不适于单独用作无酶葡萄糖传感器电极材料，但作为复合材料时可以加速电子转移。因此，本文研究了基于聚苯胺/氧化铈纳米粒子复合材料的无酶葡萄糖传感器。
　　本文以(NH4)2S2O8作氧化剂，采用一步快速混合法制备了聚苯胺/银纳米粒子复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和 X射线衍射(XRD)等检测方法分析了材料的微观形貌和结构等；并构建了基于聚苯胺/银纳米粒子复合材料的甲醛气体传感器。研究结果表明：该方法制备的聚苯胺是高度掺杂的本征态聚苯胺，且聚苯胺及聚苯胺/银纳米粒子复合材料均具有纤维状结构。将制备的聚苯胺/银纳米粒子复合材料用于甲醛气体传感器中，并进行气敏性测试，结果显示：相较于纯聚苯胺，聚苯胺/银纳米粒子复合材料的电阻有所增加，对甲醛气体的响应也明显较高。气敏性实验具有可重复性，聚苯胺/银纳米粒子复合材料在常见有机气体如丙酮、苯、氯仿、己烷和甲醛中，对甲醛表现出良好的选择性。
　　本文又以Ce(NO3)3·6H2O和25％的NH3·H2O为原料，采用非等温沉淀法，制备了氧化铈纳米棒（CeO2 NRs）；用原位聚合的方法制备了PANI/CeO2纳米粒子复合材料，并构建了基于 PANI/CeO2碳糊电极的无酶葡萄糖传感器。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射来表征PANI/CeO2的结构和形态，结果发现；合成的CeO2为明显的纳米棒状结构；由于PANI和CeO2两者之间的协同效应，该传感器对葡萄糖响应良好；基于PANI/CeO2纳米粒子复合材料的无酶葡萄糖传感器在29.82μM~0.56 mM范围内呈现良好的线性关系；灵敏度为25.79μA mM-1cm-2；检出限为0.56μA；传感器也表现出良好的选择性和稳定性。

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第一章 绪论

1.1聚苯胺的概述

1.1.1聚苯胺的结构

1.1.2聚苯胺的性质

1.1.3聚苯胺的制备方法

1.1.4聚苯胺的应用前景

1.2聚苯胺在化学传感器上的应用

1.2.1化学传感器

1.2.2 聚苯胺化学传感器

1.2.3聚苯胺/无机纳米粒子复合材料化学传感器

1.3本论文研究内容及研究意义

第二章 聚苯胺/银纳米粒子复合材料的制备及其在甲醛气体传感

2.1实验部分

2.1.1试剂及仪器

2.1.2 聚苯胺/银纳米粒子材料的制备

2.1.3 表征方法与性能测试

2.2 结果与讨论

2.2.1结构表征分析

2.2.2气敏性测试结果与分析

2.2.3 反应机理分析

2.3 小结

第三章 聚苯胺/氧化铈纳米粒子复合材料的制备及其在无酶葡萄

3.1实验部分

3.1.1实验试剂及仪器

3.1.2 聚苯胺/氧化铈纳米粒子材料的制备

3.1.3 表征方法与性能测试

3.2结果与讨论

3.2.1结构表征分析

3.2.2电化学测试结果与分析

3.3 小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

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