| 多壁碳纳米管的功能化及其在电化学中的应用 | |
| 陈亮 | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 吕功煊 |
| 2008-05-14 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 碳纳米管 传感器 燃料电池 铂 甲醇和电氧化 Carbon Nanotubes Sensor Fuel Cell Platinum Methanol And Electrooxidation |
| Abstract | 本文制备了多种新型多壁碳纳米管基纳米材料（碳纳米管功能化）用于电化学传感器和燃料电池中，并详细研究了材料结构（如尺寸，组成和形貌等）与性能的关系，取得了以下结果： 1. 多壁碳纳米管基生物电化学传感器 (1) 离子交换法制备CTAB(十六烷基溴化胺)－PSS(聚对磺酸苯乙烯钠) polyelectrolyte-surfactant聚合物。在玻碳电极上构建多壁碳纳米管(MWNTs)，polyelectrolyte-surfactant聚合物和血红蛋白(Hb)组装的新型功能化薄膜。该薄膜能实现Hb的直接电化学。pH 7.0的磷酸缓冲液中循环伏安测试发现了在-0.273 vs SCE处有一对峰形良好的Hb的Fe(III)/Fe(II)电对。该电对的标准电位与pH成线性关系，斜率为52.8 mV pH-1，表明一个电子的转移伴随着一个质子的传递。红外与紫外可见光谱证实固载在薄膜中的Hb仍能保持其原始结构。Hb的法拉第响应是由于碳纳米管能促进酶分子的电子转移和polyelectrolyte–surfactant的类生物膜性质。固载在Hb表现出类过氧化氢酶的性质，能电催化还原H2O2，O2和亚硝酸盐。 (2) 制备了基于羧基化MWNTs，polyelectrolyte-surfactant聚合物和Hb复合薄膜的新型H2O2传感器。研究了复合膜中Hb的直接电化学行为。pH 7.0的磷酸缓冲液中，Hb的标准电位为-0.287V vs SCE，电子转移速率常数为0.4 s-1。红外光谱证实固载在薄膜中的Hb仍能保持其原始结构。固载的Hb表现出优良的电催化还原H2O2的活性。还发现稀硝酸处理的MWNTs比浓硝酸处理的更容易实现血红蛋白的直接电子转移。 2. 多壁碳纳米管担载Pt 基催化剂 (1)尺寸可控水热法制备高分散Pt/MWNTs 催化剂。Pt 粒径强烈依赖溶液pH值。当溶液pH = 13，12 和10 时，颗粒大小为3.0, 4.2 和9.1 nm。循环伏安和计时电流法研究发现颗粒小的Pt/MWNTs 催化剂甲醇电催化氧化活性高。通过XRD,TEM 和XPS，证实了催化剂活性具有尺寸依赖性。 (2) 一步还原法制备了VIIIA 族过渡金属(Ru 和Ir)修饰Pt/MWNTs 催化剂(PtM/MWNTs)。M 原子部分取代h.c.p 结构的Pt 原子导致晶格常数收缩和改变催化剂表面组成(主要是MOx 和Pt 物种)。循环伏安，计时电流法和tafel 实验结果表明在0－0.8 V vs SCE 之间，甲醇氧化电流大小顺序为： PtRuIr/MWNTs >PtRu/MWNTs > Pt/MWNTs，氧化起始和峰电位的大小顺序为： PtMWNTs >PtRuIr/MWNTs > PtRu/MWNTs。H2 处理PtRuIr/MWNTs 导致晶格进一步收缩且增加了MOx 和Pt 物种的丰度，从而增强了抗CO 中毒能力，稳定性以及在 (0.10~ 0.30 和0.62 ~ 0.86 V vs SCE)电位区间的甲醇氧化活性。COads 起始和峰电位随着越多的M 原子进入到Pt 晶格中（同时MOx 丰度增大）而减小。实验结果表明活性是依赖于催化剂表面MOx 和Pt 的组成。最后还详细讨论了PtM/MWNTs 催化剂在电催化氧化甲醇反应中的构效关系并且构建了促进机制模型。 (3) 电化学阻抗谱，循环伏安法和计时电流法研究了PtRu/MWNTs 和TiO2-PtRu/MWNTs 催化剂在电催化氧化甲醇过程中的活性，稳定性和抗CO 中毒能力，发现前者优于后者。 |
| Subject Area | 光电催化 |
| Funding Project | 环境催化与清洁能源研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2931 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 陈亮. 多壁碳纳米管的功能化及其在电化学中的应用[D]. 中国科学院研究生院,2008. |
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