植酸类分子辅助合成超稳定的铂纳米粒子及其电化学性能研究

摘要

贵金属（金、银和铂等）纳米晶体材料由于具有独特的电学、光学、磁学以及催化性能，并且这些性能可以通过控制其尺寸、形状、结构和组成来调控，因而它们在催化、传感器、医学诊断和治疗以及成像领域具有巨大的潜在应用价值，近年来，研究者们在这方面做过很多的努力，也取得了很大的进步。其中，特别是以纳米结构金属铂的催化材料在催化剂领域占有非常重要的地位，不仅在催化材料上面占据很重要的地位，在电催化方面也显示出了优异的性能，目前已成为相关领域的研究热点。本论文主要致力于制备新型铂纳米的催化剂，研究它们的结构和电催化性能，探索它们在电催化领域的应用前景。本文具体内容如下:
　　工作一，主要合成了一种新型的铂纳米粒子(PtNPs-IP6)，这种纳米粒子以植酸胶束为保护剂，其平均粒径为2-3 nm。立方纳米粒子的电子衍射显示，其纳米结构为单晶，主要晶格以Pt(111)面存在。铂纳米粒子修饰电极(PtNPs-IP6/GCE)用于对过氧化氢(H2O2)的快速和高灵敏度检测。其简单修饰电极制备的传感器有较宽的线性范围在2.4×10-7-1.3×10-3 M(R2=0.9987)，和在1.3×10-3-1.3×10-2 M(R2=0.9980)之间，并且得到其最低检出限为2.0×10-7 M(S/N=3)。由于这种铂纳米粒子具有高效的电化学性能，我们相信它能够在催化和电化学生物传感器等领域拥有很大的发展前途。
　　工作二，使用植酸保护的具有超稳定性能的银纳米粒子合成具有中空结构的植酸保护的铂-银(IP6-Pt-Ag)纳米粒子，得到的铂-银纳米粒子为合金。得到的IP6-Pt-Ag纳米粒子不仅粒径均匀而且具有良好的稳定性。合成了五种催化剂，其中得到的IP6-Pt-Ag纳米粒子A4和A5样品对甲醇表现出良好的催化性能，所有样品的IP6-Pt-Ag纳米粒子均对过氧化氢表现出良好的催化氧化和催化还原性能。这些对甲醇和过氧化氢表现出良好催化性能的催化剂，可以在燃料电池和电化学传感器中有很好的运用前景。
　　工作三，采用植酸分散的碳纳米管作为基础材料，通过自主装，将其分散于玻碳电极表面之后对其使用电化学方法进行恒电位沉积金属铂，并研究其对甲醇的催化性能。植酸分散碳纳米管电极沉积铂之后，电沉积的铂呈现微米花簇的形式，粒径约为800 nm，DMF分散的碳纳米管作为基础材料使用相同的方法沉积铂之后，铂微米花簇明显有团聚现象。铂/植酸分散碳纳米管/电极(Pt/PA-CNTs/GCE)的催化性能明显高于铂/电极(Pt/GCE)和铂/DMF分散碳纳米管/电极(Pt/DMF-CNTs/GCE)对甲醇的催化性能。稳定性实验之后，Pt/PA-CNTs/GCE的抗毒化高于Pt/GCE和Pt/DMF-CNTs/GCE的抗毒化性能，而且Pt/PA-CNTs/GCE的稳定性能明显好于其他两种材料。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 铂和铂为基础的纳米材料的合成及运用

1．1．1 铂和铂为基础的纳米材料概述

1．1．2 铂和铂为基础的纳米材料的合成方法

1．1．3 铂和铂为基础的纳米材料的运用

1．2 中空型纳米材料的制备及应用

1．2．1 中空型纳米材料的概述

1．2．2 中空型纳米材料的制备

1．2．3 中空型纳米材料在催化方面的应用

1．3 论文研究总体思路及主要研究内容

1．3．1 论文研究总体思路

1．3．2 论文的主要研究内容

第二章 植酸为稳定剂的铂纳米粒子合成及其过氧化氢传感器研究

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 铂纳米粒子的合成

2．3．2 修饰电极的制备

2．3．3 测试方法

2．4 结果与讨论

2．4．1 植酸稳定的铂纳米粒子合成的紫外表征

2．4．2 无植酸保护的铂纳米粒子和植酸稳定的铂纳米粒子的TEM表征

2．4．3 IP6-PtNPs修饰电极对H2O2的催化性能表征

2．4．4 IP6-PtNPs修饰电极对H2O2的计时电流响应

2．4．5 IP6-PtNPs修饰电极对H2O2的校正曲线及不同电极的性能比较

2．4．6 植酸稳定的铂纳米粒子修饰电极的稳定性和重现性

2．4．7 植酸稳定的铂纳米粒子修饰电极对实际样品的检测

2．5 本章小结

第三章 中空铂-银纳米粒子的合成及其电化学性能研究

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 银纳米粒子的合成

3．3．2 银纳米粒子用于合成中空的铂-银纳米粒子

3．3．3 测试方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 合成过程中铂-银纳米粒子的紫外-可见表征

3．4．2 铂-银纳米粒子的TEM表征

3．4．3 铂-银纳米粒子的XPS表征

3．4．4 铂-银纳米粒子的XRD表征

3．4．5 铂-银纳米粒子的拉曼表征

3．4．6 铂-银纳米粒子对甲醇的催化性能比较

3．4．7 铂-银纳米粒子对过氧化氢的催化性能比较

3．5 本章小结

第四章 新型铂微米花簇／碳纳米管电极对甲醇催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 实验方法

4．3．1 碳纳米管的准备

4．3．2 工作电极的制备

4．3．3 电沉积铂微米花簇

4．4 结果与讨论

4．4．1 植酸分散的碳纳米管自主装上电极之后的FESEM表征

4．4．2 电沉积铂之后的工作电极的FESEM表征

4．4．3 电沉积铂沉积条件的考察

4．4．4 PA-CNTs／GCE自主装碳纳米管的自主装时间考察

4．4．5 Pt／PA-CNTs／GCE电极的导电性能比较

4．4．6 不同工作电极的催化性能比较

4．4．7 不同工作电极的稳定性能比较

4．5 本章小结

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢

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