多酸碳纳米材料复合电极的制备及其电催化性能研究.doc

多酸/碳纳米材料复合电极的制备及其电催化性能研究多金属氧酸盐(多酸)是一类具有独特的结构和优异物化性质的金属氧簇化合物。多酸有着特殊的多步骤、多电子的可逆的转移过程,且在得到或者失去电子的情况下能够保持结构不变,因而在催化反应尤其是电催化和光电催化方面引起了研究者的广泛重视。碳纳米管和石墨烯作为具有化学惰性,相对便宜的导电碳纳米材料在电化学领域有着广泛的应用,碳纳米材料具有的优异的电子特性,在作为修饰电极材料时,能够增强电子转移反应,从而提高反应效率,如电催化反应。室温离子液体具有良好的生物相容性、很好的离子和电子导电性,高的离子迁移率、优异的热和化学稳定性,已经在电化学等领域得到广泛应用。本论文重点研究了多酸、金纳米粒子、室温离子液体、碳材料修饰电极的制备,及其电化学和电催化性质。主要的工作和研究结果如下:采用交替沉积自组装技术,利用粒子间静电吸附作用,制备了Dawson型钨磷酸(P2W18)、聚烯丙基胺盐酸盐修饰的碳纳米管(pCNTs)和聚乙烯亚胺包裹的金纳米粒子(PEI-Au)三元复合膜电极材料。经过电化学测试,证明了该电极优秀的电化学性质和电极稳定性,并且由于三者的协同促进作用使得P2W18/pCNTs/P2W18/Au复合膜电极在电催化还原H2O2方面表现出较P2W18/Au和P2W18/pCNTs膜更高的电催化活性。利用时间电流法证明该电极对电催化还原H2O2响应速度快,检出限低。通过阴阳离子间相互作用将Dawson型钨磷酸(P2W18)、室温聚离子液体(PILs)聚(1-乙烯基-3-丁基咪唑盐酸盐)(Pim)和多壁碳纳米管(MWNTs)制备成P2W18/PILs-MWNTs修饰电极。在酸性及中性条件下,利用循环伏安法表征了P2W18/PILs-MWNTs修饰电极良好的稳定性。此外,利用时间-电流法检测,P2W18/PILs-MWNTs修饰电极在pH=7的PBS缓冲溶液中展示了对多巴胺良好的电催化氧化活性。对四种不同的碳纳米材料:氧化石墨烯,化学还原的氧化石墨烯,电化学还原的氧化石墨烯以及碳纳米管的电化学性能进行比较研究。将铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和六铵合钌[Ru(NH3)6]Cl3作为电化学探针,对它们在不同碳材料修饰电极上的反应动力学进行系统研究。从循环伏安和电化学阻抗谱结果发现,铁氰化钾探针分子在不同电极表面动力学反应不同,并且计算了该探针在不同材料上的异相电子转移常数。该研究表明电子传导速率与碳材料表面的化学性质密切相关,如表面碳氧比,含氧官能团等,这为碳材料在电化学方面的应用提供了理论基础。