金钯合金纳米线的制备及对葡萄糖传感性能的研究

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纳米材料因其具有尺寸小、能耗低、速度快、灵敏度高和费用低的优势在电子器件和传感器等众多领域都有广泛的应用。现在,越来越多的方法用于合成纳米材料,不仅可以得到不同材料的纳米线,同时纳米线的种类也不断扩展,如纳米颗粒、纳米薄膜、纳米线和纳米通道等。本文主要讲述了从气相法、模版法和交流电沉积的方法组装纳米材料的研究进展并对交流电沉积制备贵金属材料的纳米线的方法进行详细研究。贵金属材料因其高效的催化活性和生物相容性受到了广泛的关注。实验通过合成Au-Pd合金纳米线,将其制成无酶葡萄糖传感器,并通过检测体系中的电流变化来检测葡萄糖含量,这是对贵金属材料应用和无酶葡萄糖传感器研究的新的探索。采用双频的正弦交流电沉积制备Au-Pd合金纳米线,通过SEM,EDX和XRD对表征纳米线形貌进行,测定合金成分的和检测晶体晶相。研究获得了制备细且直的纳米线的最佳条件和纳米线成分随实验条件的变化规律,控制树枝状纳米线形貌和成分,测试纳米线的葡萄糖传感器性能。研究结果表明:(1)在控制交流电参数的条件下,研究了溶液离子比对纳米线形貌和成分的影响。 c PdCl2/cHAuCl4浓度比对纳米线的形貌没有影响,但是总浓度影响纳米线的形貌。离子浓度比对合金纳米线的成分影响很大, cPdCl2/cHAuCl4的溶液比从1增加到6,合金纳米线中Pd的成分从2.5wt.%增加到68.5wt.%,而且c PdCl2/cHAuCl4溶液比达到5以后,Pd的成分不再随溶液Pd2+的比例增加而增大,实验中固定cPdCl2/cHAuCl4的浓度比为5:1的比例来研究电场强度和频率对合金成分的影响。(2)交流电的电场强度显著影响纳米线的成分和形貌。制备合金纳米线施加的电场强度具有临界值。用2040μm的微电极,施加1216Vpp的交流电,电场强度从0.1×106V m-1增大到0.4×106V m-1,可以成功地得到直接细小的分枝较少的合金纳米线来。合金纳米线中Pd的成分可以从25wt.%到67wt.%的范围内变化。合成具有一定形貌和成分的合金纳米线,电场强度的控制是一种极为有效方法。(3)频率对纳米线的成分和形貌的影响也有很大。采用变频交流电的沉积方法,在一定的场强下和一定浓度混合离子电解液中,先低频成核、再高频生长得到纳米线。300Hz是较合适成核频率,用120MHz的频率来生长纳米线,可以获得成线性好的纳米线阵列。随着生长频率的逐渐升高,纳米线的直径减小,分支减少,线性更好。320MHz的频率变化范围内,合金中Pd的成分可以从60wt.%变化到80wt.%。(4)XRD实验证明制备的纳米线是面心立方(fcc)晶格结构,金钯是均匀混合的合金相结构组织,枝状单晶结构。合金纳米线的晶格参数随着交流电频率的变化而改变,且呈现线性关系,这印证了文中所述的交流电的频率对合金纳米线成分的影响,成分的改变影响了合金纳米线的2,进而通过布拉格方程的计算,可以得到合金材料的晶格常数的改变。(5)Au-Pd合金纳米线可以制成葡萄糖传感器。纳米线对葡萄糖的还原具有良好的催化活性和选择性。在还原峰电流和氧化峰电流与扫面速率的平方根成线性关系,说明是控制扩散过程。Au-Pd合金纳米线对葡萄糖的电催化活性、选择性高、反应灵敏和重现性好。本文的研究有如下几个特色和创新之处:(1)揭示电场强度和频率对合成金钯合金纳米线的影响规律,找到了合成金钯合金纳米线的最佳电场强度和频率范围。(2)采用变频交流电合成纳米线的新方法,为有效控制合金纳米线的生长提供了相应的理论依据。(3)剖析了合金纳米线的相结构变化和成长规律。
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