过渡金属(氢)氧化物纳米材料可控合成及电化学性质研究
过渡金属（氢）氧化物纳米材料具有丰富的形态、多变的结构，因而在电催化、电分析以及超级电容器等领域有着广阔的应用前景。设计过渡金属（氢）氧化物纳米材料新的合成路线，探究材料生长过程，进而获得具有特定尺寸、形貌、维度的纳米体系，对于实现功能材料的设计合成具有重要的指导意义。本论文针对第一过渡系金属Mn、Ni、Zn的（氢）氧化物低维纳米结构的可控合成及其电化学性质进行研究，对材料的形成过程、获得的纳米结构与其电化学性质之间关系进行有益的探索。
采用液相合成路线制备出具有高指数晶面的四氧化三锰八面体(Mn3O4octahedron)纳米颗粒，并研究其电催化氧还原活性及对酶在电极表面直接电子转移的促进作用。电化学研究表明，与具有低指数晶面的四氧化三锰纳米颗粒相比，Mn3O4octahedron纳米颗粒对氧还原表现出更高的电催化活性。此外，合成的Mn3O4octahedron还可促进葡萄糖氧化酶(GOD)在电极表面快速的直接电子转移，其电子转移速率常数达到18.6s-1。基于葡萄糖氧化酶在电极表面快速的直接电子转移制备出的电化学传感器具有对葡萄糖检测线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
采用简单的滴涂法，开发了一种新颖的二氧化锰纳米片修饰玻碳电极(MNSs/GC)电催化剂，并研究MNSs/GC的电催化、电分析性质。针对化学修饰电极对高性能、简单实用化电催化材料的需求，基于二氧化锰纳米片独特的结构以及胶体属性，合成了二氧化锰纳米片溶胶，通过简单滴涂的方法将其滴到玻碳电极表面制备MNSs/GC。获得的MNSs/GC对生命物质巯基丙氨酸表现出良好的电催化活性，表明二氧化锰纳米片可作为一种潜在的电催化材料应用于电催化研究。进一步利用MNSs/GC电极对巯基丙氨酸进行伏安检测，MNSs/GC电极对巯基丙氨酸的检测表现出宽的线性范围、高的灵敏度以及好的选择性。
采用一种简单的液相合成路线在基底上原位生长了一层二氧化锰纳米片基薄膜，并研究了薄膜的超电容性质。制备的薄膜由相互交织的二氧化锰纳米片构成，具有垂直于基底的取向和高的亲水性。电化学充放电结果表明所制备的二氧化锰薄膜具有优异的超电容性能。当充放电速率从0.5A·g-1增加到5A·g-1时薄膜电极的容量保持率为81.2％，说明制备的薄膜电极有较好倍率特性;此外，制备的薄膜有很好的电化学循环稳定性，经过5000周的充放电循环后，容量保持率为93％，且充放电循环后，薄膜仍能保持原有的形貌。
采用水热合成路线，以基底镍片为镍源在其表面原位生长一层氢氧化镍纳米片薄膜，并对氢氧化镍薄膜的超电容、电催化性质进行了初步探究。结构测试表明制备的薄膜由相互交联的纳米片构成。电化学超电容测试表明制备的氢氧化镍薄膜电极具有高的倍率特性以及好的循环稳定性，是一种潜在的超电容电极。此外，制备出的薄膜电极还表现出良好的电催化氧还原特性。基于氢氧化镍纳米片薄膜良好的电化学性能以及简单的制备方法，目前的薄膜电极在薄膜电源方面有潜在的应用价值。
将电催化剂磺化酞菁钴(CoTsPc)插入到二维锌铝复合氢氧化物(ZnAl-LDH)层间制备ZnAl-CoTsPc-LDH无机-有机复合功能材料，并研究二维复合材料ZnAl-CoTsPc-LDH的电催化性质。结构测试表明，制备的插层材料具有典型的层状结构特征，且CoTsPc在ZnAl-LDH层间以垂直于主体层板取向排列。这种插层结构能够有效地固定CoTsPc并抑制CoTsPc分子不利的聚集。电化学结果表明，ZnAl-CoTsPc-LDH插层结构有效地改进了CoTsPc的电催化活性与稳定性。基于其良好的电催化活性及稳定性，ZnAl-CoTsPc-LDH修饰电极对生命物质谷胱甘肽表现出优异的电分析性能，可望应用于实际样品中谷胱甘肽浓度的检测。
氧化锰;氢氧化镍;超级电容器;过渡金属氢;纳米材料;电化学性质;可控合成
北京化工大学
博士
化学工程与技术
杨文胜
2012
中文
TB383
128
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）