论文摘要
本论文在详细综述了纳米材料的研究现状和最新进展的基础上，通过电化学方法制备了一系列新型的纳米材料，对纳米材料的表面性质和微观结构等方面进行了表征，进而以O2、甲醇、H2O2、葡萄糖等物质为主要分析对象，探讨了所获得的新型纳米材料修饰电极在电催化氧化还原、电化学电容和生物传感器等方面的应用。主要内容包括：用电化学法共沉积法制备了Pt0.9Pd0.1二元合金，得到了电极表面均匀分散的、多孔的纳米合金层。该多孔合金层是由粒径约10．1 nm的Pt0．9Pd0．1合金的晶粒组成的，与相应的铂盘电极相比，表面积增大约790倍。合金中Pt与Pd的原子比例可通过电沉积溶液中两组分的浓度进行调控。研究表明，当合金中Pt与Pd的原子比例为9：1时，合金对ORR的电催化效果最好。同时，与单一的Pt纳米团簇相比，Pt0．9Pd0．1二元合金对MOR也具有优异的催化能力，起始氧化电位负移195 mV，氧化峰电流增大9倍。这说明，比例很小的Pd能够极大的增强Pt催化剂的催化效果，是一种有效的催化增强剂。进而，用电化学方法在温和氧化的MWCNTs的开口端实现了Pt纳米团簇的选择性沉积。该Pt纳米团簇的粒径范围为100～150 nm，是由粒径为10．8 nm的Pt晶粒组成的，这与其它文献报导的在碳管表面修饰的粒径很小的Pt纳米粒子有很大的区别。以ORR的催化反应为例，其催化效果可通过电沉积溶液的浓度与沉积圈数来进行调控。Pt纳米团簇修饰的MWCNTs对MOR显示出优异的催化效果。另外，我们发现，两根碳管端头可以由Pt纳米团簇“焊接”在一起，在溶液中经超声处理也不被破坏，因此可望成为在微观条件下焊接纳米碳管的新方法。同时，我们对Pt纳米团簇的形成与沉积的机理也进行了研究。这些研究结果说明，大尺寸的Pt纳米团簇有望用作燃料电池的高效催化剂材料。用电沉积的方法在电极表面的离子液体薄层内共沉积制备了PPy与MWCNTs纳米复合材料。用CV法研究了PPy／MWCNT复合材料的电容性质，用计时电流法研究了PPy／MWCNT的充放电性质。研究结果显示，PPy/MWCNT有很高的比电容（890 F／g），且材料性能稳定，循环寿命周期长。该制备方法可使ILS薄层内的碳管进行定向，新颖实用，可应用于其它复合材料的制备。用电化学方法，将离子液体薄层内的Cys共价键植在GCE表面，然后将Au纳米粒子组装到电极表面，再进一步吸附GOx，成功构筑了葡萄糖生物传感器，GOx／GNP／Cys／GCE。研究证明，该修饰电极显著加速了GOx的直接电化学的电子传递过程，GOx在该修饰电极在pH 7．0的PBS溶液中呈现出一对可逆的氧化还原峰，其异相电子转移速率常数为12．8 s-1。以葡萄糖为分析对象，研究证明该电极可以对葡萄糖进行灵敏的电催化氧化检测，米氏常数Km值为12．0 mM。电极优异的生物传感性能与构建方法密切相关，共价键值的Cys层不仅为Au纳米粒子组装提供了一个很好的平台，同时也为GOx与电极间的快速电子传递提供了一个通道。最后，本论文研究了GCE表面电沉积的DNA层的电化学性质，发现其在空白的PBS（pH 7．0）中有一对可逆的氧化还原特征峰（Em=-0．114 V）。初步研究表明，电沉积的DNA层对O2和H2O2有优异的电催化效果。
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