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过渡金属氧化物纳米材料具有良好的电催化性能且廉价易得,被认为是最有前途的电催化剂之一。MWCNTs导电性好、化学稳定性高、比表面积大,是最常用的电极材料之一,也是各种金属或金属氧化物催化剂的常用支持物。电致化学发光(ECL)是某些具有电活性的物质在一定电位时,与溶液中氧化还原物质作用生成的不稳定激发态跃迁回基态时所产生的化学发光。它不需要外加激发光源,具有灵敏度高、背景信号低、线性范围宽、重现性好、可连续检测、检测速度快和装置简单等优点,因此引起研究者的广泛兴趣。因此本文用电化学方法制备了过渡金属氧化物纳米材料及过渡金属氧化物/MWCNTs复合纳米材料,并将其用于催化Ru(bpy)2+3ECL的研究。
用电化学方法在不同的实验条件下可控地制备了一系列不同形貌的Co3O4纳米材料,包括片状、花朵状及三角锥状纳米结构。通过研究各种不同形貌的Co3O4纳米材料对Ru(bpy)2+3ECL的催化作用,第一次获得了非常强的Ru(bpy)2+3的阴极ECL,并对Co3O4纳米材料催化Ru(bpy)2+3阴极ECL的机理进行了初步探讨。
采用恒电位法制备了MnO2纳米片和Ni2O3纳米颗粒,并将其应用于催化Ru(bpy)2+3阴极ECL的研究。MnO2纳米材料同样可以催化Ru(bpy)2+3的阴极ECL,而Ni2O3纳米颗粒不能催化Ru(bpy)2+3产生阴极ECL。与Co3O4纳米材料催化产生的Ru(bpy)2+3阴极ECL的电位相比,MnO2纳米材料催化产生的阴极ECL的电位发生了明显的负移,因此提出了新的不同于Co3O4纳米材料的催化机理,并对此催化机理进行了初步研究。
研究了MWCNTs对Ru(bpy)2+3阴极ECL性质的影响,在比较正的电位下,观察到了Ru(bpy)2+3的阴极ECL,并详细讨论了此阴极ECL产生的机理。应用这种特殊的阴极ECL现象将制备的MWCNTs/GC电极应用于检测溶液中的多巴胺(DA),其检测限可达1.2×10-11M。
通过恒电位法制备了Co3O4/MWCNTs复合纳米花和Ni2O3/MWCNTs复合纳米球,对其结构进行了表征,并研究了其对Ru(bpy)2+3阴极ECL的催化作用。根据Co3O4/MWCNTs复合纳米花可以催化Ru(bpy)2+3阴极ECL,而Ni2O3/MWCNTs复合纳米球不能催化Ru(bpy)2+3产生阴极ECL的现象,提出了Co3O4/MWCNTs复合纳米花具有与单独的Co3O4纳米材料相同的催化机理,并对其具体的催化过程进行了初步研究,而复合纳米材料中MWCNTs的作用只是支持物,利用其比表面积大、导电性好,加速了Co3O4与电极之间的电子传递。