發(fā)布時間：2020-11-04 19:17

　　 電化學傳感器以其操作簡單、靈敏度高、成本低廉及易于小型化,廣泛應用于環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療診斷、公共安全等眾多領域,而開發(fā)高靈敏度、高選擇性、低檢測限、高穩(wěn)定性的先進電化學傳感器的關鍵在于電極材料的設計與合成。電極材料的傳感性能與其表面活性位點數(shù)量、本征催化活性及導電性能密切相關。本文設計合成了一系列具有高比表面積、可調(diào)骨架尺寸與骨架化學組成的有序大介孔鈷基尖晶石金屬氧化物,顯著改善了電極材料物質的傳輸能力、催化活性及導電性能,并研究了介觀結構參數(shù)(比表面積、孔徑分布、孔壁厚度以及孔容)和骨架化學組成對電化學傳感性能的影響。1、采用有序介孔氧化硅KIT-6為模板、硝酸鈷和硝酸鎳為混合前驅體,通過改良的硬模板法合成了一系列有序介孔NiCo204尖晶石金屬氧化物。通過改變KIT-6模板的孔道尺寸與聯(lián)通性、前驅體組成與浸漬方式、鍛燒溫度等實驗參數(shù),實現(xiàn)了材料的比表面積(92～181 m2·g-1)、孔徑(4.2～11nm)、骨架尺寸(4.6～8.7nm)以及骨架結構組成成分的調(diào)控。電化學性能測試發(fā)現(xiàn)介孔孔徑的增加有利于葡萄糖及相關反應物的擴散傳輸、骨架尺寸的減小能增加比表面積,利于電解液中離子和分子的吸附和擴散且為催化提供更多的活性位點,從而促進電催化氧化葡萄糖活性的提高與傳感性能的增強;尤其是所合成的一種同時具有大介孔(11 nm)、超細骨架(4.6nm)、高比表面積(181m2.g-1)的有序介孔NiCo2O4展示了對葡萄糖的快速響應(小于2 s)和最高的靈敏度 4368.8μA·mM-1·cm-2(線性范圍:0.01～0.683 mM)。2、采用與上面類似的合成策略,通過改變前驅體的種類,也實現(xiàn)了其他有序介孔鈷基尖晶石金屬氧化物MCo2O4(M=Cu、Zn、Mn、Fe)的可控合成以及基于介觀結構參數(shù)和骨架組成調(diào)控的傳感性能增強:(1)成功合成了同時具有10～13 nm的大介孔、135 m2·g-1～185 m2·g-1的高比表面積、4.8～5 nm超細骨架的有序介孔鈷基金屬氧化物;(2)研究了有序介孔鈷基尖晶石金屬氧化物骨架中異質金屬離子種類對其催化活性、導電性與葡萄糖非酶傳感器傳感性能的影響,發(fā)現(xiàn)同時具有大介孔(12 nm)、超細骨架(5 nm)、高比表面積(135 m2·g-1)、本征催化活性高和導電性優(yōu)異的CuCo204展示了對葡萄糖最優(yōu)的催化活性和最高的靈敏度5871.4μA·mM-1·cm-2(0.01-0.977 mM)以及良好的穩(wěn)定性、抗干擾能力。相關研究結果對于其它先進電極材料的設計與開發(fā)具有重要的借鑒意義。
【學位單位】：寧夏大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB34;TP212.2
【部分圖文】：

??目前國際上較為認可的合成機理有兩種，液晶相模板機理［２，１＜）］和協(xié)同作用機理［３’１１］，具體??合成路線如圖１－２所示。（１）液晶相模板機理［１（１］：表面活性劑通過自組裝力在溶液中形成有序??排列的超分子液晶相，無機硅源通過靜電作用或氫鍵作用與表面活性劑離子結合，桂源在有機－??－２－??

本論文所用的掃描電子顯微鏡型號為日本ＪＥＯＬ的ＪＳＭ－７５００Ｆ，加速電壓為０．１?ＫＶ－３０?ＫＶ，??可以放大２５－１００萬倍。掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）用于樣品表面形貌和結構的觀察，其應用廣泛，??制樣簡單，分析直觀快速。原理如圖２－１所示，掃描電子顯微鏡是利用細聚焦電子束在樣品表??面掃描時發(fā)出的各種信號來調(diào)制成像的。由于掃描電子顯微鏡的景深遠比光學顯微鏡大的多在??掃描電子顯微鏡中，用來成像的信號主要是二次電子，其次是背散射電子和吸收電子。觀察樣品??形貌時，檢測器收集主要電子，樣品形貌不同導致信號差別，產(chǎn)生信號襯度，經(jīng)過放大和亮度??調(diào)節(jié)后獲得樣品的放大像。??特征Ｘ．Ｒ＾．?胃電子束??＇?＼ｆ??背戠Ｍ電子電子｜?二次電子?，??＼?＼?聲二次電??雛就????ｐ—ＩＩ?＊??ｆｉｌ?Ｘ?ｉ＾電子束ｓ生電流??樣品電流?０?：?／???丄／??透射電字??（散射?＞?透射電子??圖２＿１掃描電鏡成像原理圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ??－１１－??

８°／ｍｉｎ，掃描范圍從３度到８５度，小角Ｘ射線衍射儀由布魯克ＡＸＳＤ８提供，工作電壓４０?ｋＶ，??電流４０?ｍＡ，掃描速度為０．１°／ｍｉｎ，掃描范圍從０．３度到１０度。每一種結晶物質，都有其特定??的晶體結構。如圖２－２為Ｘ射線衍射示意圖，其工作原理實質上是原子散射波彼此干涉，內(nèi)部??原子分布圖通過晶體產(chǎn)生的衍射圖來反映。衍射圖案的特征由空間衍射線的分布規(guī)律和衍射線??束的強度構成。Ｘ射線衍射滿足布拉格（Ｂｒａｇｇ）公式：??２?ｄ（ｈｋｉ）?ｓｉｎ０?＝ｎ?Ｘ??式中為晶面間距，０為布拉格角（最大晶面衍射角），ｎ為衍射級數(shù)（ｎ＝ｌ，２，?．．．），人??為入射Ｘ射線波長，（ｈｋｌ）為晶面符號，ｈ、ｋ、１必須互質。??晶面法線?＼?ｒ?２－??，／?．Ｖｉａ－??／??＿—Ｔ??５?Ｚ?ｉｄ??°?一．￣￣－一?ｔ??圖２－２?Ｘ射線衍射示意圖??Ｆｉｇ．２－２?Ｘ－Ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??２．２．４透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）??本論文中所用的透射電子顯微鏡為日本日立公司的ＨＴ－７７００，加速電壓為１００?ＫＶ，電流為??１０?Ａ。透射電鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）是一種具有高分辨率，高放大倍數(shù)的電子??光學儀器，被廣泛應用于材料科學等研宄領域。透射電子顯微鏡的主要特點是可以進行組織形??貌與晶體結構同位分析、晶體缺陷分析和晶體結構測定，主要用于超微結構（
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本文編號：2870494