碳纳米管修饰玻碳电极的研究和应用

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碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的纳米级同轴圆柱体,两端各有一个由半个富勒烯球体分子形成的帽子。CNTs独特的电子特性使得在把它制成电极时能促进电子的传递,同时,CNTs特殊的吸附性、大比表面积效应、表面带有的各种功能基团等诸多特性使它对某些物质的电化学行为能产生特有的催化效应。这些都使碳纳米管修饰电极拥有了其它普通电极难以比拟的功能,也促使科学家们积极思考着如何调控碳纳米管在电极表面的修饰,使碳纳米管的优异性能更完美地表达出来,促进和开拓其在各个领域的实际应用。本文探索了多壁碳纳米管(MWNTs)-壳聚糖(chitosan)和MWNTs-Nafion两种分散体系,并制备了两种碳纳米管修饰电极,成功应用于无机离子的高灵敏度测定,大大拓展了碳纳米管在电分析领域的应用范围。对所制备的两种修饰电极进行了较全面的表征,使我们能够更深入地理解修饰层的结构、性质以及电极反应机理。本论文主要包括以下几个方面: (1)选择天然高分子壳聚糖作为多壁碳纳米管(MWNTs)的分散剂,得到均一稳定的分散液,滴涂于玻碳电极的表面,制备出MWNTs-chitosan修饰电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱法和电化学法对修饰层进行了表征。此修饰电极不仅具有碳纳米管的特性,而且还兼有壳聚糖的选择吸附阴离子的性能。在pH1.8的硫酸溶液中,实现了对溴离子的高灵敏的溶出伏安测定,线性范围为3.6×10-7-1.4×10-5g mL-1,检测下限为9.6×10-8g mL-1。利用循环伏安法、计时库仑法对动力学参数进行了测定,并探讨了电极反应机理。 (2)利用MWNTs-chitosan修饰电极测定了碘离子,对最佳实验条件进行了筛选,并研究了电极反应机理。用循环伏安法,阳极溶出伏安法等电化学方法研究了碘离子在电极上的电化学行为。在5.0×10-7-6.0×10-6mol L-1范围内,峰电流与碘离子的浓度呈良好的线性关系,检测限为2.0×10-7mol L-1。 (3)利用Nafion作为分散剂分散多壁碳管,制备了MWNTs-Nafion修饰电极,并且利用SEM研究了修饰层的三维多孔网状结构。用循环伏安法,溶出伏安法等电化学方法研究了铁离子在电极上的电化学行为,对动力学参数也进行了测定。当浓度在5.0×10-10-8.0×10-8mol l-1范围时,峰电流与铁离子的浓度呈良好线性关系,检测限为4.0×10-10 mol l-1。本法可用于测定血清和红酒中的铁的含量,结果满意。
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