树枝状纳米银及其复合材料的制备与电催化活性的研究

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纳米材料具有特殊的物理与化学性质,它们的制备和研究已成为一个重要的研究领域。对不同类型的金属-高分子材料的研究,目前已成为研究热点,这是因为它们在基础科学研究和不同的科学技术的应用中具有重要的价值。纳米银颗粒对一些小分子的氧化或还原反应具有优异的电催化活性,其研究具有非常重要的理论和实际应用意义。因此,制备银系纳米材料并对其加以修饰具有较高的研究价值。本文采用电沉积法制备出了形貌不同的纳米银颗粒、银和其它金属的合金。研究了沉积条件对纳米银形貌的影响,并对得到的银系列的电催化剂的组成、形貌结构进行了系统的表征和分析。在碱性溶液中,利用各种电化学测试技术,如循环伏安、线性扫描和恒电位阶跃等手段对甲醛和葡萄糖氧化以及氧还原的电催化活性进行了探讨,得出的主要研究结论如下:(1)采用电沉积法,制备出新颖的树枝状结构的银纳米颗粒,研究了沉积电位、Ag(NH32+溶液浓度、溶液温度、基底、碱土金属离子等条件发生改变时,对这种银纳米颗粒形貌的形成产生的影响。(2)采用电沉积法,在电位-1.6V(vs Ag)时,在钛片上制备出具有新颖的树枝状结构的银纳米颗粒(Ag/Ti),研究了这种银纳米颗粒对甲醛氧化的电催化活性。实验结果表明,甲醛的检测灵敏度S为0.27mA·cm-2·(mmol·L-1),其检测下限为0.662mmol·L-1,表明纳米Ag/Ti电催化剂可望用于检测甲醛的电化学传感器中。(3)采用恒电位电沉积法,通过改变Ag(NH32+溶液浓度,在钛基底上制备出不同形状的树枝状纳米银颗粒。研究了这些电极对葡萄糖的电催化氧化活性。发现葡萄糖的检测灵敏度为0.57mA·cm-2·(mmol·L-1)、检测下限为13.94μmol·L-1。所制备的纳米银电极在检测葡萄糖时,对抗坏血酸、过氧化氢、谷胱甘肽、蔗糖和乳糖等的抗干扰性较强,表明其对葡萄糖的电氧化具有很好的电催化活性,该电极有望作为传感器用于检测较低浓度的葡萄糖。(4)采用恒电位法,在Ag(NH32++Cu(NH342+溶液中,在钛基底上制备出形貌不同的纳米银铜双金属颗粒。研究发现,添加少量的铜到纳米银材料中,可以增强纳米银电极对氧还原反应(ORR)的电催化活性。(5)采用电沉积法,制备出以Ti为基体的树枝状结构Ag颗粒(Ag/Ti)。以此Ag/Ti电极为工作电极,在稀盐酸溶液中,利用循环伏安法将Sn沉积在Ag/Ti上,制备出与Ag颗粒不同的树枝状纳米AgSn颗粒。在碱性溶液中,所制备的Ag/Ti、AgSn/Ti电极对ORR均表现出优异的电活性,交换电流密度为4.55×10-4mA·cm-2,表明这种电催化剂可作为燃料电池的阴极材料。(6)采用电沉积法,制备出纳米AgCo双金属颗粒,并用聚苯胺对其进行了修饰,研究此电极对ORR的电催化活性。在碱性溶液中,所制备的Ag/Ti、AgCo/Ti以及聚苯胺修饰后的相应电极对ORR均表现出优异的电催化活性,在-0.12V(vsAg/AgCl)时,ORR的电流密度达到1.2mA·cm-2。碱性溶液中若存在甲醇或乙醇,所制备的电极对ORR的电催化活性不变,表明这些电催化剂亦可作为无膜燃料电池的阴极材料。
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