铜基纳米多孔复合材料的制备及其葡萄糖电催化性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanchuangye
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本论文设计Cu50-xZr50Agx(x=0,7.5 at.%)非晶合金作为前驱体,采用“脱合金-阳极氧化-煅烧”工艺,在多孔基底上原位生长氧化物纳米线,成功制备出自立式CuxO@NPC(x=1,2)和CuxO/Ag2O@NP-CuAg(x=1,2)复合电极材料。研究了阳极氧化时间对纳米线复合材料微观形貌的影响,并系统地检测了两种电极材料的葡萄糖电催化性能。与此同时,探讨了Ag元素的添加对材料微观结构及电催化性能的影响,并对铜银双金属电极的葡萄糖电催化反应机理进行了分析。以Cu50Zr50和Cu42.5Zr50Ag7.5非晶条带作为前驱体合金,在0.05 M HF溶液中自由脱合金,分别制得了韧带/孔洞双连续的单金属纳米多孔铜(NPC)和双金属纳米多孔铜银(NP-CuAg)基底。随后利用阳极氧化和煅烧工艺,在NPC和NP-CuAg多孔网状基底上分别原位生长CuxO和CuxO/Ag2O纳米线,成功地制备出两种自立式CuxO@NPC和CuxO/Ag2O@NP-CuAg纳米线复合电极材料。研究发现:(1)两种复合材料的纳米线形貌特征不同,即CuxO纳米线呈簇状结构,而CuxO/Ag2O纳米线则表现出顶端聚集的特点;(2)纳米线的演变与阳极氧化时间有关,随着阳极氧化时间的增加,纳米线的长度随之增加,并且由稀疏变得越来越密集;(3)两种复合电极均具有多级孔洞结构,由多孔基底的纳米孔、纳米线交错形成的微孔及线上的小孔组成;(4)添加Ag元素所得复合电极具有较好的柔韧性。另一方面,对CuxO@NPC和CuxO/Ag2O@NP-CuAg复合电极进行葡萄糖电催化性能测试。结果表明CuxO和CuxO/Ag2O纳米线的存在均有利于提高材料的电催化性能。此外,与单金属CuxO@NPC复合电极相比,双金属CuxO/Ag2O@NP-CuAg电极具有更为优异的葡萄糖电催化性能。其中,氧化10 min所得CuxO/Ag2O@NP-CuAg(CuxO/Ag2O-10)电极的灵敏度高达1.49 m A cm-2 m M-1,线性范围宽至17 m M,检测浓度低至200 n M。其灵敏度和线性范围明显优于氧化10 min所得CuxO@NPC(0.9 m A cm-2 m M-1;15 m M)和已报道的Ag/Cu O NFs(1.35 m A cm-2 m M-1;0.5 m M)等电极,这归功于CuxO/Ag2O@NP-CuAg电极的多级孔洞结构和双金属元素的协同作用。相互连通的多级孔洞结构不仅有利于电子与离子传输,还能提供丰富的反应接触位点。而Cu、Ag元素组成的多价态、多组元的双金属复合电极,也能产生一定的协同作用,从而共同提高电极的电催化性能。因此,本文所制备的兼具柔韧性和优异电催化性能的自立式CuxO/Ag2O-10电极,有望进一步发展为葡萄糖传感器的候选电极材料。
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