铋酸盐纳米材料的合成、表面修饰及其电化学特性

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铋酸盐纳米材料具有良好的电化学特性,在电化学传感器领域具有广泛的应用前景,论述了铋酸盐纳米材料的合成、电化学检测生物分子及聚苯胺(PAn)复合纳米材料的研究现状与进展。采用水热法制备出了铋酸铜纳米片、铋酸钡纳米带,通过原位聚合过程制备出了PAn复合铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等方法对所得产物进行结构、形貌及尺寸表征,系统分析了生长条件对铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)形成的影响。系统研究了铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)、聚苯胺复合铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)修饰玻碳电极(GCE)检测酒石酸(TA)的电化学性能,对铋酸盐及其聚苯胺复合纳米材料的可控合成、表面修饰和电化学传感器的应用有着非常重要的研究意义。以铋酸钠、碘化铜为原料,通过简单水热过程制备出了铋酸铜纳米片。XRD分析结果表明所得铋酸铜纳米片由多晶四方CuBi2O4晶相构成,SEM和TEM分析表明纳米片的厚度为50 nm、宽度为300 nm-2μm。在低温(80℃和120℃)、短的保温时间(0.5 h)时,所得产物由四方CuBi2O4、四方Bi2O3和单斜CuO晶相的层状形貌构成。随保温时间及水热温度的增加,四方CuBi2O4晶相的衍射峰强度显著提高。铋酸铜纳米片的形成与生长可以根据核化及晶体生长过程来解释。在2 mM TA及0.1 M KCl溶液中采用铋酸铜纳米片修饰GCE观察到一对准可逆电化学循环伏安(CV)峰,cvp1和cvp1’的电位分别位于-0.45 V和-0.02 V。CV峰电流分别与酒石酸浓度、扫描速率呈线性关系,线性检测范围为0.005-2 mM,检出限为1.6μM。铋酸铜纳米片修饰GCE电化学检测TA具有良好的电催化活性。以铋酸钠、乙酸钡为原料,通过简单水热过程制备出了铋酸钡纳米带。XRD分析表明铋酸钡纳米带为单晶单斜BaBiO2.5结构。纳米带的头部为平面结构,长度可达数十微米,宽度和厚度分别为1μm和50 nm。在低水热温度(80℃和120℃)、短保温时间(0.5 h)时,所得产物主要由纳米片及无规则表面碎片状形貌构成。180℃时,保温时间增加至12 h和24 h,所得产物主要由铋酸钡纳米带构成。随保温时间和水热温度的增加,纳米片和碎片状形貌转化成了铋酸钡纳米带。铋酸钡纳米带修饰GCE在含有2 mM酒石酸的0.1 M KCl溶液中存在一对准可逆电化学CV峰,分别位于-0.49 V和+0.01 V位置处。随扫描速率和酒石酸浓度的不断增大,CV峰强度呈线性增加,线性检测范围和检出限分别为0.001-2 mM和0.12μM。采用原位聚合法通过苯胺单体合成了不同PAn含量的PAn复合铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)。XRD结果显示PAn复合铋酸铜纳米片由四方CuBi2O4晶相构成,PAn复合铋酸钡纳米带由单斜BaBiO2.5晶相构成。TEM和HRTEM观察显示尺寸小于100nm的无定形PAn纳米颗粒附着于铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)的表面。随PAn含量增加,无定形PAn纳米颗粒在复合铋酸铜纳米片(铋酸钡纳米带)中的含量显著增加。在2 mM TA和0.1 M KCl溶液中采用20wt.%PAn复合铋酸铜纳米片修饰GCE的CV曲线中观察到一对准可逆电化学CV峰,cvp1和cvp1’的电位分别位于-0.01 V和+0.04 V。CV峰电流分别与扫描速率、TA浓度呈线性关系。20wt.%PAn复合铋酸铜纳米片修饰GCE检测TA的检出限为0.58μM,线性检测范围为0.001-2 mM,聚苯胺显著增强了铋酸铜纳米片修饰GCE对TA的电化学活性。随着PAn含量从10wt.%增加至40wt.%,线性范围从0.005-2 mM增至0.001-2 mM,检出限从2.3μM降至0.43μM,PAn复合铋酸铜纳米片修饰GCE具有良好的可重复性和稳定性。在2 mM TA及0.1 M KCl溶液中采用20wt.%PAn复合铋酸钡纳米带修饰GCE的CV曲线中观察到一对准可逆电化学CV峰,cvp1和cvp1’的电位分别位于-0.69 V和+0.49 V。20wt.%PAn复合铋酸钡纳米带修饰GCE对TA具有良好的电催化活性,线性检测范围和检出限分别为0.0005-2 mM和0.09μM,聚苯胺显著增强了铋酸钡纳米带修饰GCE对TA的电化学活性。CV峰的电流随扫描速率和TA浓度的增加呈线性增加。随PAn含量从10wt.%增至40wt.%,检出限由0.12μM降至0.08μM,线性范围由0.001-2 mM增至0.0005-2 mM。PAn复合铋酸钡纳米带修饰GCE检测TA具有良好的稳定性和可重复性。
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