貴金屬納米晶在直立TiO-,2-納米管中的控制生長與電化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、電極的性能不僅取決于電極的宏觀尺寸，更與電極的微觀尺度和結(jié)構(gòu)密不可分。原位生長的直立有序二氧化鈦(Tio2)納米管陣列具有較高的比表面積，良好的電化學(xué)活性和優(yōu)良的電催化性能，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?？勺鳛樯锓肿庸潭ɑw和催化活性物質(zhì)的優(yōu)良載體。通過采用各種方法，控制納米管上修飾催化物種的微觀尺度和結(jié)構(gòu)，以研究不同結(jié)構(gòu)形貌對修飾復(fù)合電極催化性能的影響，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文以鈦基上直立Tio2納米管為電極基體材料，通過多種電沉積

2、手段，在超聲場等的輔助條件作用下，將貴金屬Au、Pt、Pd等沉積修飾到納米管上，研究了電化學(xué)及超聲條件對貴金屬納米晶生長過程和結(jié)構(gòu)的影響，探討了貴金屬納米晶的控制生長機理。并探討了制備得到的貴金屬一半導(dǎo)體納米管復(fù)合電極在生物電化學(xué)、光電催化和甲醇直接電催化氧化中的應(yīng)用，為制備新型生物傳感器、光電轉(zhuǎn)換器和燃料電池提供理論基礎(chǔ)和初步模型。 采用陽極氧化方法原位制備了直立于Ti基上的Tio2納米管，將Au通過電化學(xué)方法沉積到納米管Ti

3、o2中，形成各種結(jié)構(gòu)的納米晶體Au，構(gòu)筑了Au-Tio2納米管復(fù)合納米結(jié)構(gòu)催化電極，研究了分散于溶液中和自組裝法固定在納米管Tio2電極上這兩種情況下的細胞色素c(Cyt c)在Tio2納米管基體電極上的氧化還原行為。研究結(jié)果表明，對于溶液中和固定在電極上的細胞色素c，均能觀察到其良好的直接電化學(xué)響應(yīng)。進一步地，以Cyt c/Au-Tio2 NTs/Ti為基礎(chǔ)，制備了生物傳感器，研究了對H202還原的電催化響應(yīng)和測定。線性檢測濃度范圍為

4、2×10-6～3.49x10-4mol/L，檢測限達到1.21×10-6 mol/L。此外，在3-8的pH值范圍內(nèi)，均具有良好的檢測響應(yīng)。因此，Au-Tio2納米管復(fù)合電極的研究為制備第三代生物傳感器提供了理論平臺。 以有機電解質(zhì)陽極化制備的Tio2納米管為電極基體，通過各種電化學(xué)沉積手段，在外加超聲場和脈沖控制條件下制備不同形貌的Pt、Pd納米晶摻雜Tio2納米管復(fù)合電極。研究在直立Tio2納米管表面控制生長的各種納米晶Pt、

5、Pd電極的光電催化性能，考察電沉積條件和納米晶形貌對其光電催化性能的影響。實驗結(jié)果表明，超聲場和脈沖電壓電流對晶核的形成及生長具有顯著的影響。由于超聲和脈沖對形貌的影響而造成各種沉積條件制備得到的貴金屬摻雜Tio2納米管電極的光電催化性能的不同。貴金屬的摻雜能夠提高納米管對可見光的吸收利用率，而Pt和Pd納米晶形貌的差異進一步影響其光電轉(zhuǎn)化效率。在貴金屬控制生長條件基礎(chǔ)上，進一步研究了兩種金屬在Tio2納米管上的共沉積行為和控制生長。以

6、Pt和Pd兩種具有很高催化活性的貴金屬作為主體金屬，分別與Au和Cu等輔助金屬形成雙金屬復(fù)合納米晶。將制備得到的雙金屬納米晶-Tio2納米管復(fù)合材料作為催化電極，催化甲醇氧化。研究了不同的雙金屬組成和結(jié)構(gòu)對甲醇電催化活性的差異。實驗結(jié)果表明，復(fù)合雙金屬納米晶修飾Ti02納米管電極上修飾貴金屬種類和雙金屬形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)對催化體系的電催化性能具有十分重要的影響。金屬Pd和Pt對甲醇氧化具有良好的催化性能，能夠催化甲醇在較低電位氧化。而Pt-