钛及其合金表面纳米复合阵列电极的制备及电化学行为研究

论文摘要

电化学传感器具有使用方便、灵敏度高、响应速度快、成本低等优点,已在生命科学、药物分析、环境分析等领域得到广泛应用,电极材料是电化学传感器的核心,研制高活性的电极材料,对电化学理论研究和电化学传感器的应用研究具有十分重要的意义。本论文围绕在钛及其合金基底上碳/钛基纳米阵列复合电极的可控制备及其电化学行方面开展了系统的研究,并取得良好进展:1.以丙酮为碳源,采用无需催化剂热化学法,在钛和钛合金（Ti6Al4V）片基体上可控合成了圆柱形和圆锥形结构的碳包TiO2（TiO2@C）和C包TiC（TiC@C）核壳结构纳米纤维阵列。系统研究了反应条件对形貌、结构的影响。考察了外壳C结构形貌对其电化学性能的影响,结果表明锥形结构的外壳由于具有更多的边平面暴露,具有更好的电化学活性,这为制备高边平面暴露的碳电极提供了新的技术路线。2.研究了圆柱形TiO2@C和TiC@C两种核壳结构电极,考察了内核导电性对其电化学行为的影响。结果表明,内核的导电性对其电化学传感性能有很大的影响,TiC@C纳米纤维,由于内核TiC具有高的电导率,表现出相比于TiO2@C纳米纤维更加优良的电化学活性。在Fe（CN）63-/4-体系中,TiC@C电极上在很大扫速范围内（101000 mV/s）呈现Nernst行为,其氧化还原峰电位差恒定保持在理想值（59 mV）,电子交换速率（k°）大于0.5 cm/s,远大于在TiO2@C上的k°（0.01cm/s）,而且TiC@C纳米纤维可以直接对尿酸、多巴胺和抗坏血酸三种物质的同时选择性检测。这一发现,为设计新型高活性的纳米电极提供了新的思路。3.发展了一种光辅助下,电极自清洁和更新的新方法。电化学分析领域,一直面临着在电化学检测过程中因分析物（酚类有机物、5-羟色胺、组胺、苯胺、NADH等）或分析物的代谢物吸附或电沉积到电极表面造成电极污染使得电极的电化学活性降低这一重大难题,限制了电化学分析方法的应用。发展了一个新的原位掺杂制备C掺杂的TiO2纳米管阵列的新方法,然后以C掺杂的TiO2纳米管阵列为电极,研究容易污染电极的生物分子5-羟色胺在电极上的电化学行为,利用TiO2的光催化性质,实现对污染的电极的持续更新和反复利用,这一电极更新方法不破坏纳米电极的形貌和结构,为发展新型自洁半导体电极提供了新的思路和途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米材料电极及其特性
• 1.2 纳米碳材料及其电化学性能
• 1.2.1 碳材料的电化学性能
• 1.2.2 纳米碳管的结构及电化学性能
• 1.2.3 纳米碳纤维的结构及电化学性能
• 1.3 碳电极在电化学测试中的毒化问题
• 1.4 论文选题背景和主要研究内容
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 研究内容
• 2@ C纳米纤维阵列的制备及其电化学性能'>第二章 钛基体上Ti0₂@ C纳米纤维阵列的制备及其电化学性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2@ C纳米纤维阵列的制备'>2.2.2 Ti0₂@ C纳米纤维阵列的制备
• 2.3 实验结果与分析
• 2@ C纳米纤维阵列的表征'>2.3.1 Ti0₂@ C纳米纤维阵列的表征
• 2@ C纳米纤维阵列的生长机理'>2.3.2 Ti0₂@ C纳米纤维阵列的生长机理
• 2@ C纳米纤维阵列的电化学性能测试'>2.3.3 Ti0₂@ C纳米纤维阵列的电化学性能测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 钛合金上TiC@C纳米纤维阵列的制备及其电化学性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 TiC@C纳米纤维阵列的制备
• 3.2.3 TiC@C纳米纤维阵列表的细胞增值培养
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 TiC@C纳米纤维阵列的表征
• 3.3.2 TiC@C纳米纤维阵列的形貌和结构的表征
• 3.3.3 TiC@C纳米纤维阵列的生长机理
• 3.3.4 TiC@C纳米纤维阵列的电化学性能测试
• 3.3.5 TiC@C纳米纤维阵列的细胞排斥性能
• 3.4 本章小结
• 2纳米管阵列电极的制备及其光自洁性能研究.'>第四章 C掺杂有序Ti0₂纳米管阵列电极的制备及其光自洁性能研究.
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂.
• 2 纳米管阵列的制备及其光电化学性能的测试'>4.2.2 C-Ti0₂纳米管阵列的制备及其光电化学性能的测试
• 4.3 实验结果与分析
• 2纳米管阵列和C-Ti0₂ 纳米管阵列的表征'>4.3.1 Ti0₂纳米管阵列和C-Ti0₂纳米管阵列的表征
• 2纳米管阵列和C-Ti0₂ 纳米管阵列的形貌和结构的表征'>4.3.2 Ti0₂纳米管阵列和C-Ti0₂纳米管阵列的形貌和结构的表征
• 2 纳米管阵列的掺杂机理分析'>4.3.3 C-Ti0₂纳米管阵列的掺杂机理分析
• 2 纳米管阵列的掺光催化性能'>4.3.4 C-Ti0₂纳米管阵列的掺光催化性能
• 2 电极的电化学性能研究'>4.3.5 C-Ti0₂电极的电化学性能研究
• 2 纳米管阵列电极的更新'>4.3.6 C-Ti0₂纳米管阵列电极的更新
• 4.4 本章小结
• 第5 章结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢