纳米金属材料自研制成功以来,已被广泛应用于很多学科和领域。纳米材料具有许多传统材料无法比拟的特性和功能,应用前景十分广阔,在研究及应用领域占据了越来越重要的地位。因此,不断改进和发展新的纳米材料的制备方法,一直是研究者的兴趣所在。相较而言,电化学法在制备纳米金属材料方面有许多优点,如反应条件温和可控、环境友好、适用范围广,产物纯度高,能更好地控制纳米粒子的尺寸和形貌等,是一种非常有前景的制备方法。纳米金属材料具有非常优越的催化性能,如纳米结构的金、钯等均在催化剂领域占有非常重要的地位,已成为相关领域的研究热点。本论文旨在通过一些简单、新颖的电化学方法来制备出纳米金薄膜及钯-铁双金属薄膜材料,以此为基础构建新型的功能化界面,研究了其电催化性能,探索所制备的钯-铁双金属薄膜在电化学处理含有机氯代物废水中的应用。并以纳米金薄膜为基底构建了以辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶等为敏感元件的生物电化学传感器,以4-氯酚和葡萄糖为底物,检测其传感性能,探讨了其在环境监测及生命科学中潜在的应用价值。本论文的主要研究内容如下：(1)4-氯酚在纳米金薄膜上的电化学行为及安培检测近年来随着水污染问题的日益严峻,废水中有机化合物的数量和种类与日俱增。尤其是有机氯代物的“致畸”“致癌”“致突变”效应及其高毒、持久、生物富集等特性,其中多种已被美国环境保护组织EPA列为优先控制污染物。因此,有机氯代物的检测和降解一直是环境工程领域重要的课题。氯酚由于苯环上氯原子的存在增强了其化学稳定性及毒性；一旦进入环境,对生态环境危害周期很长。水环境中氯酚的检测得到了越来越多研究者的关注。因此,结合电化学检测的优点,我们建立了一个能够快速检测氯酚的电化学传感器。首先利用两步电位阶跃电沉积技术以玻碳电极为基底制备了纳米金薄膜,其微观结构特征可以通过调节电沉积的时间来进行控制。基于所制备的纳米金薄膜,我们重点研究了其对4-氯酚的电催化性能及传感性能。相较于体相金电极及玻碳电极,所制备的纳米金薄膜对4-氯酚表现出更高的电催化活性。4-氯酚对电极的毒化效应首先通过循环伏安法进行研究。研究表明,在含有4-氯酚的酸性溶液中进行连续电位扫描时,第一圈阳极扫描过程中在约0.9V处出现的氯酚的氧化峰会在随后的扫描中消失,而且金氧化物还原峰的电流随扫描次数的增加而逐渐降低,这些现象均表明氯酚的氧化产物会使金薄膜发生钝化。以此为基础,提出了4-氯酚在金薄膜上电化学氧化的反应机理。为了验证纳米金薄膜安培检测4-氯酚方法的可行性,我们用线性伏安法、差分脉冲伏安法及电化学交流阻抗法研究了4-氯酚浓度对金薄膜电化学行为的影响。研究表明在很低的氯酚浓度下,电极不会产生明显钝化。这证明了,所制备的金薄膜电极可用作4-氯酚电化学传感器。安培检测4-氯酚是在+0.85V下进行,线性检测范围为0.2-4.8mM,检测限为0.11mM(S/N=3)。通过这种简单的电沉积方法可以方便的控制金薄膜的微观结构特征,从而保证了电化学检测的可重复性。(2)辣根过氧化物酶修饰的纳米结构金薄膜电极对4-氯酚的电化学检测由于纳米金薄膜在氯酚电氧化过程中易受污染,降低了其检测灵敏度和稳定性,这限制了纳米金在氯酚的电化学检测中的应用。鉴于辣根过氧化物酶对酚类化合物具有优越的催化性能,为了提高电极的抗污染性能及检测灵敏度,我们构建了辣根过氧化物酶／纳米金薄膜生物功能化界面,研究了其对4-氯酚的电催化及传感性能。同样首先利用两步电位阶跃电沉积技术制备了纳米金薄膜电极,并以此为基底构建了辣根过氧化物酶／纳米金薄膜生物功能化界面。通过在含有4-氯酚的溶液中进行连续的循环伏安扫描,对比辣根过氧化物酶修饰前后金薄膜的电化学行为可以发现,在辣根过氧化物酶固定后金氧化物还原峰电流减小的趋势明显变缓。这证明了辣根过氧化物酶的固定明显提高了电极的抗污染性能。同时,SEM结果也验证了此项结论：在含氯酚溶液中进行连续电位扫描后金薄膜表面出现了严重粘连现象,而在辣根过氧化物酶固定后此现象得到明显改善。实验发现,在过氧化氢作为共同底物存在时,辣根过氧化物酶修饰的金薄膜对4-氯酚表现出良好的催化活性,并讨论了在过氧化氢为共同底物时4-氯酚在辣根过氧化物酶修饰金薄膜电极上电化学氧化的机理。电化学检测4-氯苯酚是在-0.55V下进行,其在2.5-40μM和62.5-117.5μM两个浓度范围表现出良好的线性关系,检测限为0.39μM(S/N=3)。此电极对4-氯苯酚可以产生快速响应,并且表现出很好的稳定性和可重复性。所制备的金薄膜具有良好的生物相容性,为辣根过氧化物酶的固定提供了良好的微环境,有利于酶活性的保持；而所固定的辣根过氧化物酶在4-氯酚电化学检测中发挥了重要作用。(3)固定于纳米金薄膜上的葡萄糖氧化酶的直接电化学行为及其在葡萄糖生物电化学传感器中的应用生物电化学传感器具有高灵敏度、高选择性、快速响应、可以在复杂的体系中实现连续在线检测等优点,已在食品、医药、环境监测等方面得到广泛应用。而纳米材料的迅速发展促进了生物电化学传感器的微型化。纳米材料独特的吸附性能和良好的生物相容性,被广泛应用于构建纳米-生物功能界面。而其中纳米金由于具有良好的催化性能,可直接作为有机小分子电化学氧化/还原的催化剂外,并且由于其优越的生物相容性、高表面能、光学性质、并且可以快速直接电子传递等独特优点,不仅可以为酶的固定提供大的比表面积,而且能够保持酶的活性,以构建新颖的性能优越的生物-电化学传感器。我们利用循环伏安法制备了纳米结构的钴薄膜,然后通过与氯金酸溶液进行自发氧化还原置换制备了分等级的纳米金薄膜电极。通过物理吸附可以使葡萄糖氧化酶吸附在金薄膜的表面,从而构建了葡萄糖氧化酶/纳米金生物功能化界面。基于这种酶修饰电极,我们重点研究了其对葡萄糖的电催化及传感性能。首先利用循环伏安法研究了固定化的葡萄糖氧化酶的直接电化学行为。研究表明,固定化的葡萄糖氧化酶在磷酸缓冲溶液中呈现出一对清晰的、可逆的、表面控制的氧化还原峰。此外,我们利用循环伏安和差分脉冲伏安研究了酶修饰电极对葡萄糖的电催化活性,结果发现葡萄糖的浓度对葡萄糖氧化酶的直接电化学行为会产生明显影响。基于此现象,电化学检测葡萄糖是在-0.55V下进行。其在2.5-32.5μM和60～130μM两个浓度范围表现出良好的线性关系,检测限为0.32μM(S/N=3)。同时所制备的葡萄糖生物电化学传感器表现出优越的稳定性,灵敏度和抗干扰性能。因此我们所制备的葡萄糖氧化酶修饰的金薄膜电极有助于构建高性能的葡萄糖传感器。这种方法为制备形貌可控的金薄膜提供了一种便利途径,并且有利于酶电极的制备和应用。所制备的酶电极一个明显的特点就是金薄膜为葡萄糖氧化酶的固定提供了一个良好的微环境,促进了酶活性中心与电极之间的直接电子传递。(4)纳米钯-铁双金属薄膜的制备及其对四氯化碳电还原脱氯活性研究有机氯代物是环境水体中常见的有机污染物。此类污染物毒性大,化学性质稳定,一旦进入环境水体将对人类及其生态环境造成长期威胁。有机氯代物的降解处理技术已引起了国内外的广泛关注。零价铁由于本身所具有非常优秀的物理化学性质,一直是有机物降解领域常用的催化剂。而纳米钯具有良好的储氢性能,在催化反应尤其是催化氢解反应中发挥着极其重要的作用。本论文利用电化学沉积与自发氧化还原置换结合,制备了纳米结构的钯-铁双金属薄膜材料,并以四氯化碳为靶向有机氯化物,研究了其电化学脱氯活性。首先在不断改变电解质溶液中Fe2+离子浓度的情况下,通过两步电位阶跃法在玻碳电极表面制备了一系列的纳米铁薄膜。并且利用部分的Fe0与Pd(Ⅱ)之间发生氧化还原置换反应制备了纳米钯-铁双金属薄膜。通过SEM及EDS表征验证了电解质溶液中Fe2+的改变会明显影响Fe薄膜的微观形貌,进而对钯-铁双金属薄膜的形貌及组成起到调控作用。根据钯-铁双金属薄膜在氢区的特征伏安响应,选取了不同的电位进行电化学还原脱氯,讨论了不同类型氢的脱氯活性及反应活化能。研究发现,钯-铁双金属薄膜的组成会明显影响其脱氯活性：当Pd/Fe质量比为5.9时,双金属薄膜表现出最高的脱氯活性。同时还研究了降解时间和温度对四氯化碳去除效率的影响。结果表明,随温度的升高和降解时间的延长,四氯化碳的去除效率增大,且此反应为准一级反应。这种电化学沉积法与氧化还原置换反应相结合是一种制备纳米贵金属薄膜材料的重要方法,在制备过程中贵金属(金、钯等)的消耗量极低。所制备的钯-铁双金属薄膜具有优异的电催化脱氯性能和低成本的优点,使其成为环境催化和污水治理等方面很有前景的催化剂。