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钼基纳米复合材料对水中重金属离子的电化学检测研究

王坚  
【摘要】:国家现代化进程加速,随之而来的经济发展与环境保护问题的矛盾也日渐突出。而在众多环境问题中,其水污染的环境问题日益严重,受到了广泛关注。而水环境中无机重金属离子的污染是最常见的问题之一,其在自然条件下不易降解,甚至在低浓度下都会对人体造成严重地损害。而水恰恰与人类的一切生活都息息相关,因此对于水中的重金属离子的痕量检测显得尤为重要。而电化学分析方法由于其高灵敏,成本低以及简易的操作等大受关注。归结其中,设计合适的敏感界面是电化学检测中至关重要的一步。虽然众多具有高灵敏度的电化学传感器接踵而至,其高灵敏度的性能大多归因于敏感界面的吸附性能。而敏感界面与电化学行为的微观作用机制仍有待研究。探索微观机制的作用原理对于日后开发新的敏感界面来进行检测水中的微量重金属离子至关重要。因此,本着探索微观机制为研究主干,通过建立含有缺陷型的钼基纳米复合材料修饰电极的敏感界面来讨论其与电化学行为的构效关系。本论文的工作主要包含以下内容:(1)通过简单的水热法制备了镍钼双金属氧化物(Ni0.4Mo1.2O4),并且通过一系列的表征进行证明。并将其作为电极的修饰材料,实现了对重金属离子的成功检测。并且对Pb(Ⅱ)表现出最高的检测灵敏度。而且Ni0.4Mo1.2O4/GCE对于Pb(Ⅱ)的检测具有较好的稳定性以及重现性。我们将其高灵敏的电化学性能归结为氧空位作为活性位点,从而有利于对重金属离子的捕捉。该工作的初步探索,也为后续的工作提供了研究思路。(2)通过水热法,调节Ce在α-MoO3中的掺杂量,从而实现对α-MoO3纳米结构的理化特性的改变。在电化学检测结果中,我们发现铈含量为9%的α-Mo03材料(C9M)对Pb(Ⅱ)的检测灵敏度高达106.64 μA μM-1以及0.015μM理论检测限(LOD)。为探究材料在检测过程中的差异性,我们进行了吸附实验。在吸附后的XPS中,我们发现氧元素的化学环境变化在Pb(Ⅱ)的检测中起着关键的作用。由此,结合材料特性,推断出氧空位在一定程度上可以促进吸附的重金属离子,从而提高电化学的检测灵敏度。而进一步利用X射线吸收精细结构技术(XAFS),我们发现重金属离子与敏感界面的氧位点形成Pb-O的键长不同是其电化学行为差异的主要原因。由于形成Pb-O的不同键长会影响其进一步扩散到电极表面的速率发生变化,使得Pb的溶出量也有影响。


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