钴基电极修饰材料的ZIFs前驱物法制备及其电化学传感性能

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:googoosin
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化学修饰电极(Chemically Modified Electrode,CME)是一种导体或半导体电极,通过在其表面涂覆一层功能性物质,使电极具备特殊的化学或电化学性质,针对性的完成目标反应,在生命、环境、能源、催化、分析及材料等领域都具有很广阔的应用。其中CME作为电化学传感器备受关注,其主要利用电化学分析的方法来检测某些痕量离子或分子,因而对于CME的灵敏度和选择性要求苛刻。近来研究多集中在基体电极表面修饰剂的合成和完善,因此寻找一种简便可靠的合成路径以制备出电催化性质优异的电极修饰材料变得至关重要。沸石咪唑骨架结构材料(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)作为一种新型多孔材料,由于大的比表面积、高的稳定性、孔径可调控性和孔道结构多样化等特点,受到研究者的广泛关注。先前的研究主要集中在新型ZIFs晶体材料的合成和应用,而将其作为前驱物以获得其它功能性材料的研究并不多见。本论文以ZIFs材料为前驱物,通过自牺牲模板的方法,合成多功能性纳米多孔材料,并修饰在玻碳电极(GCE)表面,用于电化学检测H2O2、多巴胺(DA)和尿酸(UA)。利用调制协同法合成了尺寸均一的ZIF-67纳米晶,然后在空气气氛下,采用直接热分解前驱物ZIF-67,合成了Co3O4纳米空心球颗粒,并研究了前驱物尺寸大小对Co3O4晶体的物理及化学性质的影响。实验发现不添加TEA合成的ZIF-67热分解后得到的Co3O4纳米晶具有奇特的空心结构,并且由Co3O4空心球修饰的GCE在电催化检测H2O2方面表现出高的灵敏度(120.55μA·mM-1)、低的检测限(0.105μM)及宽的线性范围(0.4μM-2.2 mM),该研究对于H2O2电化学传感器的开发有一定的研究意义。在氮气气氛下,分别在600、700、800和900℃下将ZIF-67材料碳化,得到N、Co掺杂的碳纳米材料(NCCNPs),并修饰于GCE表面,用于电化学检测DA和UA。实验发现,800℃条件下碳化得到的NCCNPs具有良好的电催化性质,这是因为首先NCCNPs800中金属Co单质的相对含量高且结晶度高,提供了电化学反应所需的丰富的活性位,其次800℃下得到的碳材料中高含量吡啶N的存在(吡啶N原子强的电子接受能力),因此有利于电催化反应过程的进行;最后,石墨N的存在,也促进了双电子反应过程,从而提高了对DA和UA的电化学检测能力。测试结果表明由NCCNPs800制备的电化学传感器对DA和UA的检测限和灵敏度分别为0.34μM和1130.3μA·mM-1,0.98μM和610.7μA·mM-1
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