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《华南理工大学》 2010年
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半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究

蒋辽川  
【摘要】: 自从1991年发现碳纳米管以来,由于其优异的物理和化学性质而受到广泛的关注。碳纳米管良好的导电性、大的比表面积、超强的机械性能、易表面功能化以及理想的多孔结构,使其成为构筑纳米复合材料、电化学传感器以及纳米器件的理想材料。其中,碳纳米管和金属氧化物相结合所形成碳纳米管复合材料,不仅具有各组分的优异性能,而且还可能具有异质协同作用。另外,利用多壁碳纳米管(MWCNTs)阵列修饰电极可以简化电极的制备过程,解决了传统滴涂法制备电极的局限性。本论文以多壁碳纳米管阵列和金属氧化物复合材料为基础,致力于研究和发展新型传感器以及具有优异性能的光电材料。本论文的主要研究工作如下: 1.利用磁控溅射法制备了RuO_2/MWCNTs纳米复合材料,并对该RuO_2/MWCNTs纳米复合材料电催化多巴胺的性能进行了研究。与MWCNTs相比,RuO_2/MWCNTs电极对多巴胺的电催化性能明显提高。在+0.40 V的恒电压下,RuO_2/MWCNTs电极的检测上限可达到3.6 mM,检测下限是60 nM,灵敏度为83.8μA mM~(-1),并且响应时间小于5s。此外,利用差分脉冲伏安法,RuO_2/MWCNTs电极可以很好地区分抗坏血酸和尿酸。RuO_2/MWCNTs电极表现出了良好的稳定性、高的灵敏度和良好的选择性,因此该复合电极有望成为多巴胺传感器的理想材料。 2.利用恒电势电沉积的方法,成功地将TiO_2纳米颗粒负载到了MWCNTs,制备成了TiO_2/MWCNTs复合材料,并考察了过氧化氢(H_2O_2)在此修饰电极上的电化学行为。与MWCNTs相比,TiO_2/MWCNTs表现出了更高的电催化活性,在+0.40 V的恒电压下,TiO_2/MWCNTs电极检测H_2O_2的上限可达到15.0 mM,下限为0.4μM,灵敏度为13.4μA mM-1,并且响应时间小于5 s。此外,常见的有机和无机干扰物质并没有对H_2O_2的检测产生影响。该复合电极表现出了高的灵敏度、低的过电位、良好的稳定性以及快速响应时间。因此,该复合电极有望成为H_2O_2无酶型传感器的理想材料。 3.利用磁控溅射法制备了CuO/MWCNTs纳米复合材料,对其结构进行了分析表征。研究了该纳米复合材料对葡萄糖的电催化性能。与MWCNTs相比,CuO/MWCNTs复合电极展示了更高的电催化活性,其电催化葡萄糖的过电位明显降低,这是由于CuO纳米颗粒具有良好的电催化活性,并且MWCNTs具有良好的电子传导性。在恒电压+0.40 V时,CuO/MWCNTs电极的灵敏度高达2596μA mM~(-1) cm~(-2)。此外,线性检测范围达到1.2 mM,检测下限为0.2μM,并且响应时间仅为1 s。更重要的是,CuO/MWCNTs电极还具有很强的抗氯离子中毒的能力以及不易受其它易被氧化物质干扰的优点。将CuO/MWCNTs电极应用于人体血液样品的分析测试,取得了令人满意的结果。CuO/MWCNTs电极表现出了很高的电催化能力、低的检测电压、较高的灵敏度、快速响应时间、良好的选择性以及稳定性。因此,CuO/MWCNTs电极有望成为新的无酶型葡萄糖传感器。 4.利用水热法制备了负载在MWCNTs阵列上的ZnO纳米线,对此纳米复合材料的形貌和光电性能分别进行了表征。在太阳光和紫外光源的照射下,与纯的MWCNTs和ZnO纳米线相比,ZnO-NWs/MWCNTs复合材料产生了更大的光电流。这是由于MWCNTs提高了光生载流子的分离效率。通过Mott-Schottky (MS)图,可以求得载流子密度为3.9×10~(19) cm~(-3),平带电位为-0.80 V,空间电荷层为7 nm。此外,ZnO-NWs/MWCNTs电极的光电流衰减速率小于ZnO纳米线,说明MWCNTs抑制了光生电子-空穴对的复合。因此,ZnO-NWs/MWCNTs纳米复合材料有望在太阳能电池及光电催化等领域得到进一步的应用。 5.利用水热法制备了TiO_2/MWCNTs纳米复合材料,并在此基础上利用电化学法,进一步负载聚苯胺,形成PANI/TiO_2/MWCNTs异质结阵列。我们分别对这两种异质结纳米材料的光催化和光电催化性能进行了研究。结果发现,TiO_2/MWCNTs异质结在紫外光源的照射下,光电催化降解罗丹明B要优于光催化性能,这是由于外加偏电压有利于光生载流子的分离,使光生电子快速转移到外电路;此外,研究发现,碱性溶液中的降解速率明显高于中性溶液中的降解速率,这是由于OH-与光生空穴发生反应,产生了具有强氧化性的羟基自由基。而PANI/TiO_2/MWCNTs异质结提高了TiO_2/MWCNTs在可见光区的响应,该纳米复合材料在可见光照射下也具有光催化活性,并且其光电催化降解RhB的速率要大于光催化降解的速率。基于MWCNTs阵列及其纳米异质结复合材料的研究为研制新型的光催化剂提供了新的思路。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 杨翔,陈代璋,方勤方,郭颖,熊明,张迎春,卢晓英,韩勇;纳米碳管分离提纯技术[J];地学前缘;2000年02期
2 ;Hydrogen peroxide biosensor based on electrodeposition of zinc oxide nanoflowers onto carbon nanotubes film electrode[J];Chinese Chemical Letters;2008年03期
3 ;Electrochemical sensing of DNA immobilization and hybridization based on carbon nanotubes/nano zinc oxide/chitosan composite film[J];Chinese Chemical Letters;2008年05期
4 孙星炎,何品刚,徐春,刘祥萍,刘盛辉,方禹之;DNA电化学传感器在DNA片段识别与测定中的应用[J];分析科学学报;1999年04期
5 杨占红,吴浩青,李晶,李新海;碳纳米管的纯化──电化学氧化法[J];高等学校化学学报;2001年03期
6 李新海,杨占红,陈志国,王红强,李添宝,沈宁一,李晶;炭纳米管的提纯重铬酸钾氧化法[J];新型炭材料;1999年03期
7 慈立杰,魏秉庆,梁吉,吴德海;碳纳米管的制备[J];新型碳材料;1998年02期
8 杨占红,李新海,王红强,李晶;用空气氧化法高效纯化炭纳米管[J];新型炭材料;1999年02期
9 杨占红,李新海,李晶,王红强,方惠会,陈志国;碳纳米管纯化技术研究[J];中南工业大学学报(自然科学版);1999年04期
【共引文献】
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1 张静;顾婷婷;;直接电化学酶传感器的研究进展[J];辽宁科技大学学报;2009年05期
2 刘家琴;吴玉程;薛茹君;胡小晔;;碳纳米管/聚合物功能复合材料的研究进展[J];兵器材料科学与工程;2005年06期
3 李艳亮,程斌,沈曾民;酸处理对多壁纳米碳管形态的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年04期
4 魏强,杨小平,李鹏,于运花,王成忠,隋刚;XPS研究多壁碳纳米管的阳极氧化处理效果[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年05期
5 王娟,程翥;碳纳米管的研究现状[J];材料导报;2003年03期
6 付小娟;张海燕;周纯;尹建峰;李明华;;不同管径碳纳米管电化学储氢性能的比较[J];材料导报;2005年10期
7 沈剑锋;黄玮石;吴利平;胡轶喆;李俊;叶明新;;多壁碳纳米管的纯化及修饰[J];材料导报;2006年S1期
8 孙瑞平;刘光焕;李天保;韩培德;刘旭光;许并社;;洋葱状富勒烯的制备与提纯[J];材料导报;2006年S1期
9 张云怀;张怀;肖鹏;;碳纳米管的DNA修饰研究进展[J];材料导报;2007年06期
10 曹伟;宋雪梅;王波;严辉;;碳纳米管的研究进展[J];材料导报;2007年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 王全杰;王延青;;碳纳米管的研究进展[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年
2 莫尊理;左丹丹;陈红;张平;;碳纳米管的纯化研究[A];甘肃省化学会第二十四届年会论文集[C];2005年
3 晋来超;倪娜;施云海;王远明;;分离技术在现代科技和人类生活中的重要应用[A];上海市化学化工学会2006年度学术年会论文摘要集[C];2006年
4 李春华;姚可夫;梁吉;;以镍/碳纳米管催化剂合成特殊形态的纳米碳纤维[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
5 冯猛;张羊换;董小平;王鑫;王新林;;提纯工艺对纳米碳管结构稳定性的影响[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集(C辑)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 秦霞;纳米材料的制备及其在电化学生物传感器中的应用[D];南开大学;2010年
2 严亚;碳纳米管基复合物的制备及其光催化和电催化性质研究[D];华东理工大学;2011年
3 沈嘉炜;生物分子在纳米材料表面的吸附及纳米孔道中的输运行为[D];浙江大学;2009年
4 丁兆勇;火焰法合成碳纳米管及合成机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
5 石晶;基于硅微通道板的新型三维传感器[D];华东师范大学;2011年
6 李新;镍基纳米材料的制备及其非酶葡萄糖传感特性研究[D];华中师范大学;2011年
7 徐彦红;金属复合氧化物纳米材料的制备及其在电化学传感器中的应用研究[D];上海大学;2011年
8 任丙南;选择性催化还原NO低温催化剂的制备和表征[D];中国矿业大学(北京);2011年
9 徐彬;新型碳纳米材料在电化学传感和超级电容器中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
10 杨君;希夫碱配合物与DNA的相互作用及新型电化学DNA传感器的研制[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱和凤;纳米电极界面功能膜的构建及其应用研究[D];河南师范大学;2010年
2 汪杰;基于纳米材料的电化学DNA生物传感器的制备[D];安徽师范大学;2010年
3 张少君;基于碳纳米管复合物膜修饰电极的制备及其在生物小分子检测中的应用[D];安徽师范大学;2010年
4 叶敏玲;碳纳米管基电极的制备及其在电分析中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
5 管宝辉;以CNTs为添加剂制备高性能Lyocell纤维的研究[D];东华大学;2011年
6 闫学杰;Pt-Sn/MWCNTs复合材料结构表征与电催化性能研究[D];太原理工大学;2011年
7 钱吉兰;碳纳米管修饰电极—人工神经网络同时检测三种一氯酚[D];江南大学;2011年
8 钟全强;白花丹素—单壁碳纳米管复合物的制备及其抗肿瘤研究[D];广西医科大学;2011年
9 马强;功能纳米材料/血红素对酪氨酸和大肠杆菌作用的研究[D];山东农业大学;2011年
10 白珍伟;碳纳米管担载钼磷氧化物催化剂在丙烷氧化脱氢中的反应性能研究[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 杨占红,李新海,李晶;固体碳的新形态——碳纳米管[J];大学化学;1998年04期
2 刘盛辉,何品刚,方禹之;在石墨电极上脱氧核糖核酸与米托蒽醌嵌入作用的电化学研究[J];分析化学;1996年11期
3 詹梦熊,余荣清,王育煌,杨士姚,程大典,刘朝阳,郑兰荪;氮气氛中合成杂氮球烯、碳纳米管及纳米晶体的研究[J];高等学校化学学报;1995年11期
4 方禹之,刘盛辉,何品刚;用盐酸阿霉素作为嵌入剂石墨电极伏安法识别测定DNA片段的研究[J];高等学校化学学报;1996年08期
5 李新海,杨占红,陈志国,王红强,李添宝,沈宁一,李晶;炭纳米管的提纯重铬酸钾氧化法[J];新型炭材料;1999年03期
6 杨占红,李新海,王红强,李晶;用空气氧化法高效纯化炭纳米管[J];新型炭材料;1999年02期
7 杨占红,李新海,李晶,王红强,方惠会,陈志国;碳纳米管纯化技术研究[J];中南工业大学学报(自然科学版);1999年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱军,李毕忠;聚合物/无机纳米复合材料研究进展[J];化工新型材料;2000年10期
2 吴增刚,周持兴,程宝家;原位悬浮聚合制备酸性酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料(英文)[J];合成橡胶工业;2001年04期
3 张恒;张力;;纳米复合材料实用化技术前景[J];材料导报;2001年08期
4 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期
5 张强,张立武,余大兵,杨延涛;纳米技术在复合材料中的应用及其进展[J];纤维复合材料;2003年04期
6 魏风艳,巩强,严生;聚合物—粘土纳米复合材料[J];材料导报;2003年S1期
7 王平华,徐国永,宋功品;聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备及结构[J];高分子材料科学与工程;2004年04期
8 刘治国,欧育湘,吴俊浩;MPP/PER/APP系统阻燃的PA6/OMMT纳米复合材料的燃烧特性[J];功能高分子学报;2004年04期
9 ;专利介绍[J];橡胶科技市场;2004年01期
10 ;纳米复合物阻燃剂[J];阻燃材料与技术;2004年06期
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1 都佩华;林鹏飞;张运湘;陈韶辉;朱肖楠;宋义虎;郑强;;相形貌对聚氯乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/碳酸钙纳米复合材料形变机理的影响[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
2 张文龙;杜阳;王暄;杨佳明;赵洪;穆娟;;溶-熔共混法制备LDPE/SiO_x纳米复合材料的电性能研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
3 张文龙;吴月;王暄;赵洪;吉超;;制备MgO/LDPE纳米复合材料共混方式与性能的研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
4 毋伟;张魁;沈淑玲;成翠兰;王志琰;王冕;陈建峰;;以Pickering乳液为基础纳米复合材料的合成[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
5 古菊;周扬波;杜杨;贾德民;罗远芳;;NR/改性CaCO_3纳米复合材料的形态与力学性能[A];第二届全国橡胶制品技术研讨会论文集[C];2003年
6 倪士民;李青山;吴洪江;马玉坤;;P(AN-VAc)/Clay纳米复合材料的微型化学制备研究[A];微型化学实验专辑论文集[C];2004年
7 秦亚伟;王宁;董金勇;;适用于工业化的聚烯烃纳米复合材料的原位制备方法[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 蔡长君;季辰辰;鲁振江;包淑娟;;一步电化学合成铂-石墨烯纳米复合材料对葡萄糖的无酶催化[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
9 沈辰飞;马路遥;郑明波;赵斌;邱旦峰;潘力佳;曹洁明;施毅;;SnS_2/石墨烯纳米复合材料的合成以及在锂离子电池中的应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
10 葛岭梅;周安宁;李天良;曲建林;;矿物纳米复合材料的研究进展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
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1 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年
2 蔡忠仁;纳米复合材料净化空气效果好[N];中国化工报;2010年
3 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年
4 毕文;纳米复合材料产业化需长期培养[N];中国建材报;2011年
5 刘霞;石墨烯纳米复合材料可提升电池性能[N];科技日报;2011年
6 宋玉春;纳米复合材料能否风行?[N];中国石化报;2005年
7 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年
8 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年
9 王林;备受关注的纳米复合材料[N];中国有色金属报;2003年
10 华成;华人学者首次合成超磁性能纳米复合材料[N];中国有色金属报;2002年
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1 李鑫;层状镁铝氢氧化物的设计合成与阻燃性研究[D];大连理工大学;2010年
2 赵明;双螺杆反应挤出纺丝级PA6/蒙脱土纳米复合材料的研究[D];东华大学;2005年
3 刘梅;金属(金属氧化物)/氧化铝纳米复合材料的制备、结构及性能研究[D];吉林大学;2006年
4 倪勇;含苯基多面齐聚倍半硅氧烷的高分子的结构与性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 徐平;导电聚合物及其纳米复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 董正平;喹啉修饰SBA-15介孔分子筛纳米复合材料的制备及其作为荧光纳米探针的性能研究[D];兰州大学;2011年
7 左胜武;聚乙烯基石墨纳米复合材料的制备、结构和导电行为及机理研究[D];四川大学;2004年
8 孔庆红;聚合物/铁蒙脱土纳米复合材料的制备及阻燃机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 邱龙臻;聚合物基层状双氢氧化物和氢氧化镁纳米复合材料的研究[D];中国科学技术大学;2006年
10 丁鹏;聚烯烃/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2007年
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1 李涛海;钛酸盐系列层状纳米光催化复合材料的合成及性质[D];华侨大学;2004年
2 戴绍明;聚合物乳液/MMT共混物涂层:结构的形成与涂层性能[D];浙江大学;2005年
3 李永波;铁氧体/聚吡咯和镍/硫化锌磁性复合材料的制备与表征[D];中南大学;2010年
4 向丽;线性低密度聚乙烯无卤阻燃体系及其协效作用的研究[D];华南理工大学;2010年
5 李伟;壳聚糖基纳米复合材料的制备及性能研究[D];青岛科技大学;2010年
6 王慧;ZnO/Ag纳米复合材料的金属、非金属掺杂及其光催化性能研究[D];青岛科技大学;2010年
7 王璞玉;基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究[D];浙江大学;2011年
8 臧杨;聚苯胺—铁氰化镍纳米复合材料的可控制备与电化学性能[D];太原理工大学;2010年
9 何浩礼;聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料流变力学性能研究[D];湘潭大学;2010年
10 韩秀秀;磷酸银/酵母纳米复合材料和纳米银的生物合成及其机理和性能研究[D];山东轻工业学院;2010年
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