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随着纳米材料的广泛研究,其应用研究及其可行性研究日益成为人们关注的热点。本论文抓住纳米和材料领域的研究热点,紧紧围绕聚苯胺、金纳米粒子和石墨烯,从制备和复合入手,探索了纳米材料在光谱和电分析化学中的应用。论文主要内容如下:
1.考察了溶液酸度对微/纳米结构聚苯胺生长的影响。在0.1mol/L的硫酸、pH4和pH7的磷酸缓冲溶液及0.1 mol/L的氨水中,在冰冻的条件下氧化聚合苯胺单体,在溶液中和浸入反应溶液的玻璃基底上分别得到一系列不同形貌的聚苯胺,如:纳米仙人球,微米席子,微米片,微米花及三维网络,微米树状物,微米枝等。各种形貌的形成机理归结为溶液起始和最终酸度的影响及冰的晶体结构起到的模板作用,另外,浸入反应溶液的基底的诱导作用和聚合物扩散受限生长,也导致了基底上发散生长产物的形成。基底上原位沉积的薄膜直接用于对pH缓冲溶液的响应研究,pH值范围宽(3-9),反应灵敏。
2.描述了金-聚苯胺纳米多孔复合物修饰玻碳电极在碱性介质中对氧气的电催化还原。实验发现,与单纯的PANI、PANI和金纳米粒子物理混合物相比,金-聚苯胺纳米多孔复合物对氧气的电催化还原活性的可调控性最优。电化学方法计算得到的金-聚苯胺纳米多孔复合物相对表面积约为11.3 m2 g-1。旋转环盘电极(RRDE)实验证明,提高循环伏安扫描的起始电位从300 mV到500 mV,700 mV,氧气催化还原反应的转移电子由2e变到4e。金-聚苯胺纳米多孔复合物对氧气的电催化还原可调性可能是由于起始正电位引起的金表面氧化物的形成和还原。但是,这种可调性只适用于线性增加正电位的情况。0.7V时的电极表面比较活泼,氧催化还原反应不再可逆。通过优化所施加的电位窗,基于金的多孔材料可在电化学传感器、燃料电池或者提纯分离共存杂质等方面有潜在的应用前景。
3.以石墨烯氧化物作为模板,氧化苯胺单体,所得产物加热到95℃时加入水合肼,制得纳米结构覆盖的聚苯胺片。产物呈几个微米大小约65nm厚的不规则的片状。片层两面都长满聚苯胺棒,粗约25nm,高约30nm。作为电化学催化剂,所得分级结构的聚苯胺片修饰玻碳电极(HSPAN/GCE)用来同时检测抗坏血酸和多巴胺。实验发现该修饰电极不仅对抗坏血酸和多巴胺具有良好的催化性能,而且能将抗坏血酸(AA)和多巴胺(DA)在玻碳电极GCE上和纯聚苯胺修饰的玻碳电极(tPANI/GCE)上重叠的氧化峰分开成70 mV和284mV两个独立的氧化峰,214mV的峰峰电位差可以用来分离AA和DA。并且,分级结构的聚苯胺片还能够实现抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测,差分脉冲伏安曲线中三个独立的氧化峰分别位于5,185和355 mV。此外,分级结构的聚苯胺还用来测定对不同pH缓冲溶液的紫外光谱响应。