论文部分内容阅读
材料、信息、能源是社会发展的三大支柱产业,然而材料科技的创新与发展则是信息和能源技术发展的前提和保障。因此,开发新材料及其合成方法成为材料科学范畴的热点和难点。近二十年来,离子液体作为具有特殊功能的绿色溶剂而受到广泛的关注。离子液体在纳米材料合成中的应用也引起了科学家们极大的兴趣,这既挖掘了离子液体的新用途,又给材料合成提供了新途径。本文设计建立了金属基离子液体体系中过渡金属氧化物纳米材料的合成方法。通过引入金属基离子液体制得过渡金属氧化物,研究金属基离子液体对过渡金属氧化物的结构和形貌的影响,并对过渡金属氧化物纳米材料自身结构与光电性能之间的关系进行了研究。运用XRD、XPS、SEM、TEM、 FT-IR、DRS等分析手段对所制备纳米材料的组成、结构、性质进行深入研究。本文首先运用常规离子液体[C16mim]Br作为模板剂,在二醇辅助溶剂热条件下合成多面体结构的金属Cu纳米材料,并将其用于葡萄糖的无酶电化学检测中。研究表明,常规离子液体在控制Cu纳米结构的形貌和尺寸上起到至关重要的作用,且其黏附在Cu表面,使得多面体型Cu纳米结构表现出很好的热稳定性。不同Cu样品的修饰电极对葡萄糖电催化氧化的对比分析表明,离子液体中合成的多面体型Cu纳米结构比没有离子液体合成的Cu样品显示出更高的电催化活性,且线性范围是4.2-32.1mM,检测限为0.07mM。受上述工作的启发,设计一系列铜基离子液体,将其作为反应源,通过溶剂热合成了不同结构的CuO纳米材料,并考察了不同结构的CuO纳米材料的光电性能。研究发现,随着铜基离子液体阳离子碳链的增加,CuO纳米材料从纳米颗粒向纳米棒生长。当以[C16mim]2CuC14为反应源时,溶剂热制备得到尺寸均一的CuO纳米棒。由此可见,铜基离子液体在CuO纳米棒制备过程中起到模板剂和反应源的作用。光电化学研究表明,CuO纳米棒修饰电极具有最佳的光电化学信号,具有良好的稳定性,且对葡萄糖具有较强的光电催化能力,可用于葡萄糖的光电检测中,其线性范围是0.05mM-1.4mM,检测下限为0.017mM(S/N=3)0本文还设计一种疏水性铁基离子液体([(C8H17)2(CH3)2N]FeCl4),其能与水形成液-液界面,从而形成一个液-液界面反应体系。在水热条件下,通过该液-液界面反应体系制备得到尺寸均一的α-Fe2O3立方体,并考察了α-Fe2O3立方体的光电性能。通过改变离子液体的种类,探讨疏水性铁基离子液体在α-Fe2O3立方体合成中的作用及疏水性铁基离子液体阳离子对材料形貌形成的影响。通过将不同α-Fe2O3纳米材料分别修饰在ITO电极表面,在可见光照射下,考察了不同α-Fe2O3纳米材料在修饰电极上的光电流响应的变化。结果表明,α-Fe2O3立方体修饰电极具有最佳的光电化学信号,具有良好的稳定性,且对葡萄糖具有较强的光电催化能力,可用于葡萄糖的光电检测中,其检测线性范围是0.2mM-2mM,检测下限为0.015mM(S/N=3)同时,本文运用铁基离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氯合铁([Omim]FeCl4)为反应源,在溶剂热条件下合成α-Fe2O3中空微球,并在可见光照射条件下考察α-Fe2O3中空微球的光电化学性能。改变铁基反应型离子液体的浓度,研究铁基离子液体在α-Fe2O3纳米材料合成过程中的作用及对材料形貌的影响规律。并通过一系列表征手段对样品进行分析,研究α-Fe2O3纳米材料结构的变化和光电性能之间的内在关系。通过考察α-Fe2O3纳米材料的光电性能发现,α-Fe2O3中空微球修饰电极具有最佳的光电化学信号,对葡萄糖具有较强的光电催化能力,可用于葡萄糖的光电检测中,其线性范围是0.01mM-2.5mM,检测下限为3μM(S/N＝3)。在上述工作基础上,本文还运用铁基离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氯合铁([Bmim]FeCl4)为反应源,在溶剂热条件下合成g-C3N4/α-Fe2O3复合材料,并在可见光照射条件下考察g-C3N4/α-Fe2O3复合材料的光电化学性能。并通过一系列表征手段对样品进行分析,研究铁基离子液体在g-C3N4/α-Fe2O3复合材料合成过程中的作用,并探索g-C3N4/α-Fe2O3复合材料结构的变化和光电性能之间的内在关系。研究发现,g-C3N4/α-Fe2O3复合中空微球修饰电极具有最佳的光电化学信号,具有良好的稳定性,对葡萄糖具有较强的光电催化能力,可用于葡萄糖的光电检测中,其线性范围是0.01μM-3mM,检测下限为3μM(S/N=3)。