Au合金表面微—纳米结构的电化学构建及电分析应用

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微-纳米结构金属电极导电性良好、电化学活性面积大、电催化活性高,在电化学领域有着广泛应用。双金属微-纳米材料因具有化学成分和结构的可调性和两种不同金属之间的协同效应,比单金属具有更优异的电化学性能。大部分微-纳米结构双金属材料采用的是自下而上的合成方法(如分子束法,化学/电化学还原法,水热法),制备过程复杂且费时。当其作为活性催化材料修饰电极时,还面临修饰步骤繁琐耗时、实验重复性不好等问题。本工作从块体Au合金(AuCu、AuPd、AuAg)出发,采用电化学循环伏安法、恒电位氧化法、双电势阶跃法和方波脉冲法几种简单的电化学方法,在合金表面直接构建微-纳米结构,制备了几种无缝一体化自支撑电极,并将其直接用于对水合肼、过氧化氢和抗坏血酸的电化学检测,表现出比相应单一金属微/纳米电极更好的电化学性能。与传统的化学修饰电极方法相比,本方法有着制备简单快速且重复性好的突出优点。本文主要工作包括:(1)采用循环伏安法,在KCl电解液中,以光滑Au25Cu75(at.%)合金为基底,制备了微-纳米结构多孔膜(MNPF-AuCu)电极,并将其用于碱性条件下对N2H4的电化学检测。对制备时间、所选电势范围和电解液浓度进行了优化。用SEM、EDS、XPS和XRD对MNPF-AuCu的表面形貌、成分和结构进行了表征。MNPF-AuCu在NaOH溶液中对N2H4的有较高的电催化活性,基于MNPF-AuCu电极的N2H4电化学传感器具有高的灵敏度(2660μA cm-2 mM-1和1562μA cm-2 mM-1),宽的线性范围(4μM~6.104 mM和6.104~13.104mM),良好的重现性和重复性以及长期稳定性(可达7个月),并成功用于对河水和自来水中N2H4的加标回收检测,取得令人满意的回收率。(2)采用恒电位阳极氧化法,在HCl电解液中,以光滑Au80Pd20(at.%)电极为基底,制备了条带状纳米多孔膜(RNPF-AuPd)电极,构建了用于碱性条件下N2H4和H2O2检测的双功能电化学传感器。对阳极电势、阳极化时间和电解液浓度进行了优化。用SEM、EDS、XPS和XRD对RNPF-AuPd的表面形貌、成分和结构进行了表征。Au和Pd之间的协同作用增强了RNPF-AuPd电极在NaOH溶液中对N2H4和H2O2的电催化性能。该传感器具有良好的重复性和重现性以及长期的稳定性(8周),对N2H4的检测灵敏度达4583?A cm-2 mM-1,线性检测范围为(4μM?10.104 mM);对H2O2的检测灵敏度为(1352?A cm-2 mM-1),线性检测范围宽至20?M~16.104 mM。(3)采用双电势阶跃法,在KCl电解液中,以光滑Au30Pd70(at.%)合金为基底,制备了网格状纳米多孔膜(Net-AuPd)电极,构建了中性条件下对抗坏血酸(AA)检测的电化学传感器。对阶跃时间和阶跃电势进行了优化。用SEM、EDS、XPS和XRD对Net-AuPd的表面形貌、成分和结构进行了表征。Net-Au Pd电极对AA的电催化氧化效果要明显强于相同条件处理后的Au和Pd电极。Net-AuPd电极对AA具有宽的线性检测范围(4μΜ~18.104 mM),高的灵敏度(934?A cm-2 mM-1)和较长时间的稳定性(3周)。(4)采用方波脉冲法,在H2SO4电解液中,以光滑Au80Ag20(at.%)合金为基底,制备了微-纳米枝晶状电极(D-AuAg),并将其用于碱性条件下对H2O2的电化学检测。我们主要对方波脉冲时间进行了优化。用SEM、EDS、XPS和XRD对D-AuAg的表面形貌、成分和结构进行了表征。在碱性条件下,D-AuAg对H2O2的电还原效果要明显强于相同条件制备的枝晶金电极(D-Au)。D-AuAg电极对H2O2具有宽的线性检测范围(0.04~23.104 mM)和良好的长期稳定性(4周)。
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