钯/聚苯胺纳米多层膜的制备及对抗坏血酸和多巴胺的催化氧化

采用脉冲电位法(PPSM)结合聚苯胺(PANI)的层层自组装制备了Pd/PANI交替沉积纳米多层膜, 并用于抗坏血酸(AA)和多巴胺(DA)的检测. 实验发现, 多层膜结构形貌及催化性能受前躯体K₂PdCl₆浓度、 脉冲条件及膜厚度等影响. 当K₂PdCl₆浓度为2×10^-3 mol/L, 阴极脉冲电位为-0.3 V, 阶跃次数为17时, 5层Pd/PANI修饰玻碳电极对AA和DA的催化性能最佳; 在0.1 mol/L磷酸盐缓冲液中, AA和DA的氧化峰明显分离[ΔE_p(AA, DA)=160 mV], 其峰电流与浓度分别在5×10^-5～4×10^-4和4×10^-5～1×10^-4 mol/L范围内呈较好线性关系, 实现了对AA和DA的同时测定. 该修饰电极具有良好的抗干扰性和稳定性.     

硅烷改性纳米ZrO2对镁锂合金表面环氧树脂涂层耐蚀性能的影响

采用涂覆法在镁锂合金表面制备了含双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(KH-69硅烷)改性纳米ZrO₂的环氧树脂涂层. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)等手段表征了该涂层. 考察了KH-69硅烷改性纳米ZrO₂浓度对环氧树脂涂层耐蚀性能的影响. 结果表明, KH-69硅烷改性纳米ZrO₂能显著提高镁锂合金表面环氧树脂涂层的耐腐蚀性能, 其中1.0%(质量分数) KH-69硅烷改性纳米ZrO₂环氧树脂涂层具有较好的耐蚀性能. 在NaCl溶液中浸渍528 h后的低频阻抗值为1.6×10⁹ Ω·cm², 相比在NaCl溶液中浸渍240 h的纯环氧树脂涂层提高约5个数量级.     

铁基镍钴钨合金阴极的研究

本实验采用电镀的方法制得了一种低氢超电压的Ni-Co-W合金阴极,即在组成为NiSO₄·6H₂O 240g/l,NiCl₂·6H₂O 21g/1,CoSO₄·7H₂O 12g/l,H₃BO₃ 30g/l,Na₂WO₄·2H₂O6g/1的电镀液中,采用如下电镀条件:温度25～450C, pH值4～5,电流密度20～30mA/cm²,电镀时间3h,在铁基体上,能电镀得到Ni-Co-W合金层,在25℃和12% NOH水溶液中,其析氢反应超电压在电流密度为250mA/cm²时约为200mV,比电镀的Ni和Ni-Co阴极的析氢超电压降低约1000mV,比Ni-W阴极和经O^#砂布磨过的铁阴极降低约二600mV;其析氢反应的交换电流密度比Ni-W阴极高一个数量级,约为1mA/cm²,比Ni和Ni-Co阴极高两个数量级,比铁阴极高三个数量级;其析氢反应的活化能为8.99KCa1/mol。     

脉冲电流法电解合成聚苯胺

在0.2mol/L苯胺和0.5mol/LH₂SO₄介质中采用脉冲电流法电解合成聚苯胺(PANI)膜.循环伏安研究表明,与恒电流法相比,脉冲电流法制得的PANI膜具有更好的电化学活性.扫描电镜(SEM)对膜层的微观形貌观察发现,这种特殊的聚苯胺膜层呈纳米纤维状结构,不同于恒电流法制取的颗粒状PANI膜.讨论了脉冲通断比和频率对于膜层性能的影响.     

纳米纤维聚苯胺膜在不锈钢电极表面的生长过程

研究了脉冲电流法(PGM)聚合苯胺时, 纳米纤维聚苯胺(PANI)膜在不锈钢(SS)电极表面的生长过程. 用计时电位法和扫描电子显微镜(SEM)表征了聚苯胺生长过程的电化学特征和微观形貌; 并通过循环伏安(CV)法研究了苯胺的聚合速率. 结果表明, 聚苯胺的生长经历了两个阶段, 首先是在裸不锈钢电极表面上形成颗粒状聚苯胺, 此时聚合电位约为1.10 V, 经历了30 s后, 电极表面被一层颗粒状聚苯胺膜所覆盖; 在此基础上, 聚苯胺以纳米纤维状结构继续生长, 当颗粒状聚苯胺被纳米纤维状聚苯胺膜完全覆盖时, 聚合电位降至0.75 V左右并保持稳定.     

基于纳米CdS对尿酸的光催化氧化和铜(Ⅱ)配合物对氧的电催化还原的燃料电池性能

以纳米硫化镉薄膜修饰的铟锡氧化物电极(CdS/ITO)作光阳极, 铜(Ⅱ)配合物[Cu(phen)(L-Trp)·(H₂O)]⁺(phen=1,10-菲啰啉, L-Trp=L-色氨酸)修饰单壁碳纳米管(SWCNTs)电极作阴极, 构建了光催化尿酸(UA)燃料电池, 并研究了其性能及热处理温度的影响. 结果表明, 在40 ℃以下获得的纳米CdS修饰电极在320~550 nm波长区间显现明显的吸收和光伏响应, 在可见光辐射下能光催化氧化UA; 较高温度的热处理(200~300 ℃)却降低了纳米CdS对UA的光催化氧化活性. [Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极在-0.131 V电位下呈现一对准可逆的氧化还原峰, 并能电催化还原O₂和H₂O₂. 此外, 基于UA在CdS/ITO电极上的光催化氧化及O₂在[Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极上的电催化还原, 组装了UA(0.2 mmol/L)燃料电池, 其在可见光照射(0.18 mW/cm²)下产生0.52 V开路电压, 13.08 μA/cm²短路光电流, 在0.41 V下呈现的最大功率密度为4.10 μW/cm².     

氢气泡模板法制备多孔镍用于电催化氧化乙醇

多孔镍通过同时在水溶液中析出氢气及还原镍离子电沉积生成,其在强碱溶液中对乙醇表现出良好的电催化氧化效果。 在1 mol/L KOH溶液中,多孔镍的电极反应为准可逆的β-氢氧化镍与β-羟基氧化镍之间质子耦合电子转移。 循环伏安图显示峰值电流密度与电势扫描速度平方根成线性关系,据此计算可得多孔镍的质子扩散系数值为2.92×10^-8 cm²/s,其高于块状镍体系的质子扩散系数值约4个数量级,这可能由真实表面积增大导致。 循环伏安法和计时电流法用来表征多孔镍对乙醇的电催化氧化能力,相对于(220)镍电极,多孔镍表现出更高的催化效率,计时电流法测量的催化反应速率常数为7.17×10³ cm³/(mol·s)。     

电化学组装法制备对-巯基苯胺/聚苯胺纳米有序导电聚合物膜

提出了制备二维纳米有序有机导电聚合物膜的新方法--电化学组装法,应用该方法在电位脉冲的作用下使苯胺聚合到对-巯基苯胺修饰的金电极上,获得了致密、有序的对-巯基苯胺/聚苯胺(p-aminothiolphenol/polyaniline,PATP/PANI)导电寡聚物薄膜.用STM研究了Au(111)/PATP、Au(111)/PATP/PANI膜表面的二维有序性,用SERS谱表征了Au(粗糙表面)/PATP、Au(粗糙表面)/PATP/PANI膜的结构和成分,并以[Fe(CN)₆]^3-/[Fe(CN)₆]^4-为探针研究了其电子传递性能.结果表明用电化学组装法制备的PATP/PANI膜在纳米尺度上是二维有序的,且具有良好的电子传递性能.     

WO3/PANI核壳结构反蛋白石薄膜的电致变色性能

采用连续离子层吸附法在反蛋白石结构三氧化钨(IO-WO₃)薄膜表面引入导电聚合物聚苯胺(PANI)层, 制备了独特的WO₃/PANI核壳结构反蛋白石薄膜(IO-WO₃/PANI). 探究了IO-WO₃/PANI薄膜的形貌、 组成和电化学行为. 结果表明, 当电位扫描范围为-0.6~1.0 V时, IO-WO₃/PANI复合膜在不同电压状态下会呈现出4种不同的颜色, 分别为蓝色(1.0 V)、 绿色(0.2 V)、 浅绿色(0 V)和蓝紫色(-0.6 V). 与IO-WO₃薄膜相比, IO-WO₃/PANI复合膜的电致变色性能显著提高, 其着色与退色响应时间分别为3.8和6.14 s, 变色效率(CE)值为201.1 cm²/C. 电致变色性能的改善主要归因于WO₃与PANI形成给体-受体体系和核壳反蛋白石等级孔结构, 使得离子快速扩散, 并为电荷转移反应提供更大的表面积. 研究结果表明, IO-WO₃/PANI核壳结构反蛋白石薄膜是一种潜在的多色电致变色材料, 具有广阔的应用前景.     

天然海水中聚吡咯膜的防微生物附着及防腐蚀性能

采用恒电流法在316 L不锈钢电极表面合成聚吡咯(PPy), 通过开路电位、 生物显微镜(BM)、 Tafel极化曲线及电化学交流阻抗(EIS)研究了聚吡咯防止微生物附着及防腐蚀特性. 研究表明, 沉积聚吡咯的316 L不锈钢电极浸泡在天然海水中(0~20 d), 开路电位基本保持不变, 表明电化学合成的聚吡咯膜有良好的防止微生物附着能力, 并通过生物显微镜进行了验证, 且在浸泡的过程中其腐蚀电流密度维持在10^-7 mA/cm², 表现出良好的防腐蚀特性; 浸泡50 d后, 其防腐蚀效率仍高达97.45%. 因此, 电化学合成的聚吡咯具有优异的防止微生物附着和防腐蚀特性.     

基于镍丝负载氧化镍纳米片的尿酸生物传感器

利用水热法与高温热处理相结合, 在金属镍丝表面制备了氧化镍纳米片, 这些纳米片相互交错, 均匀覆盖于镍丝表面, 其宽度约为数百纳米, 厚度约10 nm. 将镍丝负载氧化镍纳米片吸附固定尿酸氧化酶后, 得到尿酸生物传感器电极, 该电极显示出优异的电化学性能, 其灵敏度达到821.4 μA/(mmol·cm²), 线性检测范围为1~900 μmol/L, 检出限为0.1 μmol/L, 同时具有良好的抗干扰特性. 该尿酸传感器电极易于进行植入式探测或与微流控技术相结合, 为快速、 高灵敏的尿酸检测提供了新途径.     

表面改性SUS316L不锈钢的电化学行为研究

分别以表面镀Rh,表面离子束增强沉积Ta2O5膜及溶胶凝胶法沉积TiO2膜对冠状动脉支架用材料SUS316L不锈钢进行表面改性.采用电化学方法研究了该表面改性试样在Tyrode's模拟人工体液中的电化学行为.结果表明,上述3种表面改性方法均可提高SUS316L不锈钢在模拟人工体液中的阳极极化性能.其中对于采用离子束增强法沉积的Ta2O5膜和溶胶凝胶法沉积的TiO2膜,因Ta和Ti上的d轨道空位已被氧的电子占据,不利于氢吸附,从而抑制了阴极的析氢过程.X射线衍射分析发现,3种改性方法在SUS316L不锈钢表面依次形成均匀而致密的Rh金属层,Ta2O5的无序膜层和TiO2晶态膜层,阻止了合金元素的溶解,改善不锈钢的电化学性能.     

PANI-SnP复合膜电极在镍镉废水中电控离子交换性能

采用滴涂法在铂基底制备了电活性聚苯胺-磷酸锡(PANI-SnP)复合膜电极,考察了该电极在Ni²⁺、Cd²⁺溶液的电控离子交换性能. 用傅立叶变换红外光谱和扫描电镜分析观察复合膜的组成及表面形貌;在0.1 mol·L^-1 Ni(NO₃)₂、Cd(NO₃)₂溶液,通过循环伏安法比较了PANI膜、SnP膜及PANI-SnP复合膜电极的电化学性能,并结合电化学石英晶体微天平技术重点考察了PANI-SnP复合膜的离子交换机制;同时,通过循环伏安法调控复合膜电极的氧化还原电位,结合X射线能谱和X射线光电子能谱分别测定了其氧化和还原状态的元素组成. 结果表明,PANI-SnP复合膜电极在Ni²⁺、Cd²⁺溶液均有良好的氧化还原电活性和可逆离子交换性能,其Cd²⁺离子选择性优于Ni²⁺离子,通过电控离子交换可使Cd²⁺离子从镍镉废水高效分离.     

三维多孔铜和锌镀层协同构筑无枝晶锂金属电极

金属锂具有高理论比容量和低氧化还原电位, 被认为是高能量密度二次电池最理想的负极材料之一, 但其在循环过程中的枝晶生长和体积变化易造成电池失效和安全隐患. 以孔径为5 μm左右的自制三维多孔铜为基底, 在其表面电沉积锌层(3D Cu@Zn), 作为金属锂沉积的集流体, 构筑无枝晶锂金属电极. 三维多孔铜的孔结构稳定, 孔径大小适宜, 可有效降低局部电流密度和缓解体积变化. 锌镀层可降低锂金属的形核过电位, 诱导锂的均匀沉积, 有效抑制锂枝晶生长. 以3D Cu@Zn为集流体, 锂沉积面积容量为4 mAh•cm^–2, 电极表面仍无枝晶出现, 经过锂剥离后表面仍然光滑; 而铜箔上沉积的锂显示明显的枝晶和不均匀性, 3D Cu上沉积的锂显示局部不均匀性和一定量枝晶. 在电流密度为0.5和 1 mA•cm^–2, 面积容量为1 mAh•cm^–2条件下, Li||3D Cu@Zn半电池获得了稳定的库伦效率; 在2 mA•cm^–2的高电流密度和1 mAh•cm^–2的面积容量条件下, Li||3D Cu@Zn@Li对称电池可稳定循环700 h以上; 以3D Cu@Zn@Li为负极, LiFePO₄为正极的全电池, 在1 C倍率下, 经过150次循环后仍保持88 mAh•g^–1的容量, 均明显优于Cu片和3D Cu作为集流体的锂金属电极.     

聚乙烯醇/酸化碳纳米管高亲水性三维孔电极膜的制备与电化学性能

在酸化碳纳米管的基础上, 采用电泳沉积和冷冻-解冻循环交联工艺制备了高亲水性聚乙烯醇/酸化碳纳米管(PVA/a-MWCNTs)水凝胶电极膜. 该电极膜具有三维连通纳米孔结构, 同时还具有高电活性面积、 低表面电荷传递电阻以及良好的扩散通透性等电化学特性. 该电极膜对多巴胺(DA)有很好的电化学响应特性, 并且对多巴胺的电化学还原电流不受抗坏血酸(AA)干扰, 在过量抗坏血酸存在下, PVA/a-MMWCNTs水凝胶电极膜对多巴胺还原电流的一阶导数与多巴胺的浓度在2×10^-6 ~2×10^-3 mol/L范围内呈线性关系, 检出限达到1×10^-6 mol/L, 灵敏度达到12.3 μA/(mmol·L^-1), 同时还表现出了较好的电极稳定性和重现性.     

CuPc(COOH)8-SA/CuTAPc-CS双极膜的制备及表征

分别用八羧基铜酞菁[CuPc(COOH)₈]和四氨基铜酞菁(CuTAPc)改性海藻酸钠(SA)阳膜层和壳聚糖(CS)阴膜层, 制备了CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜. 实验结果表明, 经八羧基铜酞菁和四氨基铜酞菁改性后, 促进了双极膜中间层水的解离, 增大了阳离子交换膜层和阴离子交换膜层的离子交换容量及H⁺和OH^-的透过率. 与Fe³⁺改性的Fe-SA/mCS双极膜相比, CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜的阻抗、电阻压降(即IR降)和溶胀度降低. 当电流密度高达120 mA/cm²时, CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜的IR降仅为0.9 V.     

原位聚合法制备PANI/PET导电织物及其性能分析

在聚酯纤维基材及其织物表面,原位聚合形成厚度约1~2μm聚苯胺包覆层,制得聚苯胺(PANI)/聚酯(PET)导电织物.PANI层优异的导电性能使之成为有广阔发展前景的柔性电磁屏蔽材料.正交试验分析研究了苯胺单体浓度、氧化剂:苯胺摩尔比、掺杂酸浓度、反应时间对PANI包覆层外观形态、与基体结合牢度以及导电性的影响.实验表明:在经适当前处理的PET基材表面,以苯胺单体浓度为0.25mol/L、氧化剂与苯胺摩尔比为1∶1、掺杂酸浓度0.5 mol/L、反应时间60 min、反应温度为0~20℃时制备的PANI/PET导电织物方阻最小,导电性最好;掺杂酸酸性越强,导电性越好.SEM、FTIR及XRD测试表明涤纶织物表面有均匀连续的聚苯胺膜存在.分析表明聚苯胺分子链中氧化结构与还原结构含量基本相等,说明聚苯胺渗入纤维内部,使纤维无定形区面积增加,结晶度减小.     

mSA-CS双极膜在电还原制备巯基乙酸中的应用

用Ca^2＋改性海藻酸钠(SA), 用戊二醛(GA)改性壳聚糖(CS), 制备mSA-CS聚合物双极膜. 测定膜的红外光谱及机械性能, 并作膜的热重分析. 以扫描电镜观察膜表面和界面层形态. 测定了mCS膜制备溶液的粘度以及mSA, mCS膜的含水率、离子交换容量及酸碱浓度对膜溶胀度的影响. 将mSA-CS双极膜应用于电解还原制备巯基乙酸(TGA). 实验结果表明, 以硫代硫酸钠法合成的TGA和二硫代二乙酸(DTDGA)的混合液作阴极液, TGA初始合成质量分数为4.61%, 电流密度为10 mA•cm^－2下常温电解, 产物巯基乙酸的电流效率达66.7%. 与传统的金属还原法还原DTDGA成TGA相比, 不仅省去了昂贵的金属还原剂的消耗, 而且消除了对环境的污染.     

一维有序聚苯胺纳米阵列的制备及电化学储能性能

以导电玻璃FTO为基底电极, 在硫酸溶液中, 分别研究了苯胺单体浓度和恒定电流大小对聚苯胺(PANI)形貌的影响; 同时恒定苯胺单体的浓度和工作电流, 探究了不同类型的质子酸对PANI阵列形貌的影响. 结果表明, 采用恒电流方法可以制备出一维有序PANI纳米线阵列, 而且当苯胺的浓度为0.1 mol/L, 恒电流法的工作电流密度为0.03 mA/cm²时, 所制备的PANI纳米线阵列形貌最佳; 当用HCl, HNO₃和对甲苯磺酸(p-TSA)作为合成PANI的支持液时, 得到树桩状的PANI 纳米结构, 不能得到均一的纳米线阵列结构. 电化学性能测试结果表明, 制备的最佳形貌PANI纳米线阵列的比电容值可达560 F/g; 循环1000周后电容损失率为11%.     

基于ZnO纳米线的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器

制备了一种基于螺旋线形跨尺度结构的酶传感器, 并对该传感器进行了表征和性能测试. 将ϕ 30 μm键合Au丝以螺旋线方式手工缠绕在ϕ 125 μm光纤纤芯上, 在该Au螺旋线上用水浴法合成ZnO纳米线, 得到螺旋线形跨尺度结构; 在ZnO纳米线上物理吸附葡萄糖氧化酶(GOD), 制备了葡萄糖传感器工作电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)图像和MatLab图像处理算子分别对螺旋线形跨尺度结构表面形貌及其上活力为50 units/mg的GOD吸附效果进行了定性和定量表征, 分析了非高斯粗糙表面与GOD吸附效果的影响关系. 基于三电极体系采用循环伏安法和计时安培法测试了制备的12个工作电极的性能, 测得该类传感器的灵敏度为(1.410±0.665) μA·L/(mmol·cm²), 线性范围为0~(4.292±0.652) mmol/L, Michaelis-Menten常数为(3.571±1.280) mmol/L, 检出限为(14.085±8.393) μmol/L. 使用活力更高的GOD可以得到性能更好的螺旋线形跨尺度葡萄糖传感器. 该类传感器可广泛应用于医药、 生物、 食品加工及环境监测领域中尿酸、 尿素、 胆固醇、 过氧化氢和苯酚等的检测.