金和铂纳米结构薄膜的制备及其电催化特性研究

论文摘要

纳米结构薄膜具有独特的光学、力学、电磁学与气敏特性,已经在医学诊疗、催化以及传感分析等领域得到广泛的应用。目前纳米结构薄膜的制备方法有很多,自组装和电沉积法以其简单、便捷的优势备受研究工作者的青睐。为此本文研究了金-铂核壳粒子自组装和金、铂电沉积,发展可控制备纳米结构薄膜的方法,同时较系统地研究了部分纳米结构薄膜的电催化行为。具体研究内容概括如下:1.合成了不同粒径的金-铂核壳纳米粒子并组装成紧密排列的纳米粒子阵列,并对其进行扫描电子显微（SEM）、透射电子显微（TEM）及电化学表征。在甲醇的电催化氧化实验中,优化条件下的金-铂核壳纳米粒子单层膜阵列电极与滴涂金-铂核壳纳米粒子非阵列电极和商业Pt/C电极相比,展示了优异的电催化性能,其质量归一化后的电流密度分别约为金-铂核壳纳米粒子非阵列电极和商业Pt/C电极的11和40倍。2.采用自制倒置电池装置,恒电流电沉积出不同生长时间下的具有分形结构的树枝状金纳米薄膜（HDGMs）,并采用扫描电子显微（SEM）和透射电子显微（TEM）对其进行表征。优化下的HDGMs对过氧化氢具有良好的催化性能。对过氧化氢的检测线性范围为2.4×10-57.2×10-3mol·dm-3,检测限为1.2×10-5mol·dm-3（S/N=3）,具有满意的灵敏性和稳定性。3.采用成核和生长分步控制技术制备了均匀的Pt纳米结构薄膜,并且采用SiO2为非固定模板实现了Pt纳米薄膜微结构的调控。初步研究表明SiO2非固定模板能够有效通过物理限制作用控制Pt纳米结构的密度和分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米薄膜
• 1.2.1 纳米薄膜及其分类
• 1.2.2 纳米薄膜的制备技术
• 1.2.3 纳米薄膜在高科技领域中的应用
• 1.3 直接甲醇燃料电池（DMFC）
• 1.3.1 DMFC 的工作原理
• 1.3.2 DMFC 存在的问题
• 1.3.3 DMFC 阳极催化剂研究进展
• 2O₂ 传感器的研究进展'>1.4 H₂O₂传感器的研究进展
• 2O₂ 酶生物传感器的研究'>1.4.1 H₂O₂酶生物传感器的研究
• 2O₂ 非酶电化学传感器的研究'>1.4.2 H₂O₂非酶电化学传感器的研究
• 1.5 本研究论文的构思
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.2.1 玻璃仪器处理
• 2.2.2 电化学实验
• 第3章 金-铂核壳纳米粒子的界面自组装及其对甲醇的电催化氧化
• 3.1 前言
• 3.2 Au-Pt 核壳纳米粒子的合成、自组装及工作电极的制备
• 3.2.1 18 nm Au 纳米粒子的合成
• 3.2.2 Au-Pt 核壳纳米粒子的合成
• 3.2.3 Au-Pt 核壳纳米粒子的界面自组装
• [x]-Pt 阵列电极 Au_[x]-Pt 粒子电极及 Pt/C 电极的制备'>3.2.4 Au_[x]-Pt 阵列电极 Au_[x]-Pt 粒子电极及 Pt/C 电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• [x]-Pt NPs 和 Au_[x]-Ptarray 的表征'>3.3.1 Au_[x]-Pt NPs 和 Au_[x]-Ptarray 的表征
• [x]-Ptarray 和 Au_[x]-Ptparticle 电极负载量的计算'>3.3.2 Au_[x]-Ptarray 和 Au_[x]-Ptparticle 电极负载量的计算
• [x]-Ptarray 和 Au_[x]-Ptparticle 修饰电极对甲醇的电催化氧化'>3.3.3 Au_[x]-Ptarray 和 Au_[x]-Ptparticle 修饰电极对甲醇的电催化氧化
• 3.4 小结
• 2O₂ 的催化还原'>第4章 电沉积 Au 纳米结构薄膜及其对 H₂O₂的催化还原
• 4.1 前言
• 4.2 Au 纳米结构薄膜电沉积
• 4.3 超疏水 Au 纳米结构薄膜的制备
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 Au 纳米结构薄膜的形貌表征
• 4.4.2 Au 纳米结构薄膜的电化学表征
• 4.5 小结
• 第5章 电沉积 Pt 纳米结构薄膜及其结构控制
• 5.1 前言
• 5.2 直接电沉积 Pt 纳米结构薄膜及其形貌表征
• 2 薄膜为非固定模板阻碍层电沉积 Pt 纳米结构薄膜'>5.3 基于 SiO₂ 薄膜为非固定模板阻碍层电沉积 Pt 纳米结构薄膜
• 2 纳米微粒的合成及表征'>5.3.1 SiO₂纳米微粒的合成及表征
• 2 为非固定阻碍层电沉积 Pt 纳米结构薄膜'>5.3.2 以 SiO₂ 为非固定阻碍层电沉积 Pt 纳米结构薄膜
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间论文发表情况
• 致谢