基于水滑石纳米材料构筑新型电化学传感器及其性能研究
基于过渡金属的纳米材料因其优异的电化学性能引起了人们的广泛关注，在电化学传感器、超级电容器、二次电池等方面有着重要的应用价值。本论文以含过渡金属水滑石材料为基础，分别构筑了具有零维、二维、三维结构的无机纳米材料，探讨了其在电化学传感器方面的应用。从材料的介观(材料的结构、形貌)和微观(主客体相互作用)层面上研究了影响其电催化性能的主要因素，为制备高性能的电催化材料提供了一定的理论基础;以功能为导向，通过超分子结构设计和性能调控实现了高性能的无酶型电化学传感器，为其器件化做了有益探索。论文主要研究内容如下:
1.高分散镍纳米粒子的制备及其电催化性能研究。以镍铝水滑石为前驱体经原位还原技术制备了高分散的镍纳米材料。通过结构调控，该材料修饰的电化学传感器对葡萄糖表现出优异的电催化性能:检测范围宽(8×10-5～2×10-3mol/L)，灵敏度高(339.2μA/mM)。镍纳米粒子在水滑石基质表面高度均匀分散，提供了更多的活性位点，增加了葡萄糖分子与电催化剂的接触机率，有利于电子的快速传递。该方法为制备高分散、高活性的过渡金属纳米电催化剂提供了一种新思路。
2.无机/有机超薄膜的制备及其电催化性能研究。以水滑石纳米粒子和电活性分子萘酚绿(NGB)为构筑基元，采用层层自组装方法得到了长程有序的无机/有机超薄膜材料。水滑石层板的晶格定位效应及二维各向异性使得NGB分子在层间有序分散，有效促进了电子在NGB分子与电极表面之间的快速传递。该超薄膜修饰电极具有良好的电化学活性并对抗坏血酸显示了高效的电催化活性，其性能优于有机/有机薄膜修饰电极和抗坏血酸酶生物电极。进一步以电活性水滑石纳米片和不同的有机阴离子作为构筑基元，经自组装得到超薄膜材料，探究了主客体之间的相互作用及协同效应对水滑石电化学性能的影响。通过性能调控构筑了对双氧水具有快速响应的无酶型电化学传感器。为基于微观层次调控无机/有机复合薄膜的电化学性能提供了一定的理论依据和实践基础。
3.多级结构过渡金属电催化材料的制备及其电催化性能研究。以离子液体为诱导剂([BMIM]BF4)，经水热合成方法制备了具有多级结构的镍铝水滑石。较大的比表面积及丰富的介孔结构使得该材料在电催化反应中能够与电解质充分接触，为待测物的扩散和电子的快速转移提供了丰富的传输通道。该材料修饰电极对水合肼具有良好的电催化性能，灵敏度达到144μA/μMcm2，检测限为0.8μM。该工作为制备多级结构电催化材料提供了一种新方法，在电化学传感器方面具有良好的应用前景。
水滑石;纳米材料;有机超薄膜;多级结构;电化学传感器
北京化工大学
博士
化学工程与技术
段雪
2012
中文
TB383;TP212.2
122
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）