超薄Co3O4纳米片薄膜制备及其电化学传感器性能

本文以电沉积的金属钴薄膜作为原材料,通过简单的氧化技术获得了薄膜前驱体材料,并进一步在350 ^oC热处理条件下获得了超薄Co₃O₄纳米片薄膜材料. 通过扫描电镜（SEM）,X-射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）等手段对材料的物理结构进行了深入分析,并通过循环伏安法（CV）表征了该薄膜材料的电化学活性. 作为电化学传感器件的活性材料,该薄膜材料对H₂O₂的检测表现出较宽的线性浓度检测范围（0 ~ 4 mmol•L^-1）和较高的电流响应(~ 1.15 mA•cm^-2),在该领域具有较高的应用价值.     

无酶葡萄糖电化学传感器的研究进展

随着各种新型材料的层出不穷及其在葡萄糖电化学传感器方面应用的发展,无酶葡萄糖电化学传感器的研制成为葡萄糖电化学传感器的另一个研究热点.本文综述了近年来无酶葡萄糖电化学传感器的研究进展,重点介绍了电流型无酶葡萄糖传感器所使用的各种电极材料,总结了最近五年各种新型结构材料在该类传感器研制方面的应用,并对无酶葡萄糖电化学传感器发展方向和趋势进行了展望.     

无酶葡萄糖传感器

葡萄糖传感器在几十年的发展中取得了重大进展,经历了三代基于酶葡萄糖传感器之后,现已进入第四代无酶葡萄糖传感器的发展阶段.本文从基于酶和无酶两类介绍了不同葡萄糖传感器的测试原理,综述了近年来纳米材料在无酶电化学葡萄糖传感器方面应用的主要研究进展,对不同类别纳米材料的制备方法以及所构建传感器的灵敏度、选择性、检测范围和稳定性等进行了评述,分析了制约无酶葡萄糖传感器商业化应用的主要原因.其中,贵金属纳米材料主要讨论了铂、金和钯;过渡金属纳米材料主要讨论了镍、铜以及其氧化物;双金属纳米材料主要讨论了合金和复合物;碳纳米材料主要讨论了单壁(多壁)碳纳米管和石墨烯.此外,本文也对无酶葡萄糖传感器的发展方向和趋势进行了展望.     

电化学葡萄糖传感器

作为电化学生物传感器中最重要的研究内容之一,葡萄糖生物传感器在数十年的发展中取得了巨大进展。本文综述了近年来利用纳米技术设计的新型电化学葡萄糖传感器的主要研究进展,并从纳米材料维度分类进行了讨论。其中,零维纳米材料主要讨论了包括金纳米颗粒、银纳米颗粒以及铜、铂等金属纳米颗粒材料; 一维纳米材料主要讨论了通过模板法制备的金属或金属氧化物纳米线以及单臂或者多壁纳米管材料; 二维纳米材料主要总结了以碳为基础的石墨烯材料和一些片状的金属材料。纳米材料对电化学葡萄糖传感器的影响主要集中在生物相容性、增强检测灵敏度、酶的固定等方面。此外,本文也对电化学葡萄糖传感器的今后发展做了展望。     

无酶葡萄糖传感器

利用葡萄糖在镍电极上的电化学氧化．制备了无酶葡萄糖传感器,研究了其电化学氧化机理．并测定了血清中葡萄糖的含量。在较高的pH值和570 mV的电位条件下,镍电极上产生的Ni(Ⅲ)具有氧化剂的作用,能直接氧化葡萄糖为葡萄糖酸内酯,产生的正比于葡萄糖浓度的电流响应可以定量样品中的葡萄糖含量。传感器由镍棒、铂丝对极和Ag/AgCl参比电极构成;对葡萄糖的响应时间小于1 min,进样间隔时间为3 min;对葡萄糖的电流响应范围为1．96×10~(-5)～1．80×10~(-4)mol/L,检测限为9．80×10~(-6)mol/L。传感器未使用葡萄糖氧化酶或其他生物酶,受温度的影响较小,样品中的氧对测定没有影响。在镍电极上,抗坏血酸、尿酸和多巴胺等物质不干扰血清中葡萄糖的测定。传感器用于测定血清中葡萄糖含量,相对标准偏差为4．3％。与己糖激酶法的测定结果一致。传感器制备简单,无需特殊保管,经简单处理后可重复使用。     

不同形貌Co3O4的水热-微乳液法制备及其电化学性能

以四元微乳液(水/十六烷基三甲基溴化铵/环己烷/正戊醇)为介质, 在100 ℃水热环境下成功地合成了具有蒲公英状、剑麻状以及捆绑式结构的前驱化合物, 经300 ℃焙烧可得结构保持的Co3O4. X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试表明, 所得样品为立方尖晶石结构, 同时水热反应时间对材料的形貌有很大的影响. 循环伏安和恒电流充放电等电化学测试均表明, 水热反应6 h、经热处理后得到Co3O4具有较好的电化学电容行为, 单电极比电容可达340 F·g-1.     

三维结构泡沫Co3O4的制备及电化学性能

通过电化学沉积方法在三维结构泡沫镍基体上沉积金属钴层, 利用固相氧化方法制备了三维结构泡沫Co3O4负极. XRD和SEM结果显示, 电化学沉积制备得到具有纳米结构的金属钴层, 经固相氧化处理, 在泡沫镍基体表面形成了Co3O4微米级的致密活性氧化层. 通过充放电和循环伏安以及电化学阻抗等方法研究了电极的电化学性能, 结果表明, 当放电电位区间为0.05~3.2 V时, 三维泡沫Co3O4于0.2 C倍率下充放电, 初始容量损失为29%, 经50次循环后, 质量比容量为824 mA·h/g, 三维泡沫结构提高了Co3O4电极的循环容量保持性能和倍率性能.     

纳米材料应用于无酶电化学生物传感器的研究进展

无酶电化学生物传感器具有环境适用性强、稳定性高、材料简单易得、灵敏度高、检测限低等特点，近年来受到研究者广泛关注。纳米材料有类酶活性，表现出类似天然酶的酶促反应动力学和催化机理，且能够增强界面吸附性能，增加电催化活性，并促进电子转移动力学，从而广泛应用于无酶电化学生物传感器。本文探索了具有电催化活性的纳米材料及其修饰电极的制备方法，介绍了无酶电化学传感器在医疗诊断、食品检测、环境检测以及其他领域中的应用，讨论了开发基于纳米材料的电化学传感器的未来机遇和挑战。     

介孔Co3O4多面体的制备及电化学性能

通过水热处理Co(NO₃)₂与(NH₄)₂S₂O₈合成了CoOOH多面体, 再经高温煅烧得到具有介孔结构的Co₃O₄多面体; 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和N2吸附\|脱附实验等手段对其结构和组成进行了表征; 研究了反应时间、 反应温度及(NH₄)₂S₂O₈浓度等因素对CoOOH多面体形貌的影响, 分析了CoOOH多面体的形成机理. 性能测试结果表明, 该介孔Co₃O₄多面体具有良好的葡萄糖电化学检测活性, 检测线性范围为0.05~1.8 mmol/L, 响应灵敏度为148 μA·cm^-2·mmol·L^-1, 检出限为1 μmol/L.     

液相控制沉淀法制备纳米级Co3O4微粉

报道了一种液相控制沉淀与分解制备Co₃O₄超微粉的方法.研究表明,采用液相沉淀控制技术,无需引入高分子保护剂,同样可以制备出晶粒细小、粒度分布均匀、无团聚的高质量Co₃O₄超微粉.该法工艺简单、成本低、产率高.     

新颖Co3O4分级结构的制备及其光催化性能研究

以聚乙烯醇/醋酸钴复合纳米纤维为模板, 采用模板辅助共沉积技术制备了三维尖晶石型Co₃O₄纳米纤维/晶须分级结构. 并采用SEM, XRD对其形貌和晶型结构进行了表征. 在光催化降解亚甲基蓝(MB)性能实验中, 三维分级结构Co₃O₄表现出比纳米粒子和纤维更好的光催化性能. 这主要归因于Co₃O₄纳米线的次级结构和开放的三维网络结构有利于MB分子和氧分子的扩散和传输, 从而增强MB的光降解反应速率.     

模板法制备的有序介孔Co3O4的电化学电容行为

以介孔硅作为模板合成有序的介孔Co3O4, 在6 mol/L KOH电解液里进行电化学性能的测试. 结果表明具有有序介孔结构的Co3O4, 其比容量可以达到250 F/g, 大约为在550 ℃下直接煅烧Co(NO3)•6H2O所得的Co3O4容量的4倍. 其外该材料还表现出良好的倍率特性, 这一现象可归因于有序的介孔结构增大了有效的反应表面积, 同时有利于离子在其中传递.     

Electrochemical non-enzymatic glucose sensors based on nano-composite of Co3O4 and multiwalled carbon nanotube

Nanocomposite of Co₃O₄ and MCNT was synthesised using one step solvothermal method, and an electrochemical non-enzymatic glucose sensor (Co₃O₄-MCNT/GCE) was successfully constructed. This sensor was used successfully for the quantitative analysis of trace glucose in serum sample.     

钴铈复合金属氧化物催化剂上氧化亚氮催化分解性能研究

采用共沉淀法制备了一系列钴铈复合金属氧化物催化剂CoCex(x=0～0.2,x为Ce/Co摩尔比),进行了比表面积和XRD表征,并考察了它们对氧化亚氮催化分解反应的活性.结果表明,随着铈添加量的增加,催化剂上钴尖晶石相的衍射峰逐渐宽化,同时催化剂的比表面积逐渐增大;催化剂的活性随着铈添加量的增加先升高,然后下降,CoCe0.05催化剂表现出了最佳催化活性.在对CoCe0.05催化剂制备条件的考察实验中发现,共沉淀过程中控制pH值在9左右,于400 ℃焙烧得到的催化剂的活性最好.当反应气氛中存在O2或H2O时,CoCe0.05催化剂上N2O的分解反应受到抑制,但这种影响是可逆的,可能是由于它们与N2O在相同的活性位上存在竞争吸附.     

无模板合成微米管状Co3O4基复合材料高效催化电解水析氧反应

电解水制氢因具有清洁高效的优点而被认为是大规模生产氢能最有希望的技术之一.然而,电解水半反应之一的析氧反应(OER)需经历复杂且动力学缓慢的4电子转移过程.加之热力学上的阻碍,OER实际需要的电位远大于1.23 V的理论值,导致其能耗高,限制了电解水的效率和商业化应用.因此,亟待开发高效的OER电催化剂.管状结构具有较高的比表面积、充分暴露的活性位点和丰富的短路径扩散通道,是一种理想的电催化结构.同时,Co3O4基材料因其制备容易、成本低和OER电催化学活性较高等特点,成为近年来电催化材料的研究热点.此外,非金属元素P的掺杂条件温和,并且可以有效改变过渡金属电子结构.因此,本文通过合理设计管状的Co3O4基电催化剂并进行P掺杂,尝试将形貌调控和元素改性的优势发挥到最大.为了解析影响生成管状结构的因素,本文通过控制变量法系统地研究了管状Ni/Co3O4的制备条件,包括阳离子种类和含量、添加剂种类和含量、阴离子种类等对催化剂形貌和性能的影响.表征结果表明,初始的乙酸钴镍氢氧化物棱柱对反应环境较为敏感,从而成为直接影响最终微米管状结构的关键因素.此外,对Ni/Co3O4微米管进行适量的P掺杂,能提高材料的电子传输性能和优化材料的电子结构;而且P的掺杂直接提高了样品中的M3+/M2+比例(M代表Co和Ni),而M3+是M基电催化材料的活性位点,这进一步增加了OER的活性位点进而提高其催化活性.总之,通过结构和成分的优化,得到了OER催化性能显著提高的微米管状P-Ni/Co3O4,其性能甚至超过了商业化RuO2电催化剂.     

介孔Co3O4-CeO2复合氧化物的制备及在CO选择性氧化中的应用

以硝酸钴和硝酸铈为前驱物，SBA-15为硬模板，利用双溶剂法制备了Co3O4-CeO2介孔复合氧化物，通过X-射线衍射、N2吸脱附测试、程序升温还原和透射电子显微镜等技术对活性组分及载体进行了表征，并且与浸渍法和共沉淀法所制备的催化剂进行了对比分析。结果表明，相比于浸渍法和共沉淀法，采用双溶剂法制备的介孔Co3O4-CeO2复合氧化物具有均匀的介孔结构、较小的颗粒尺寸、较大的比表面积和较高的活性组分分散度。此外，CO氧化脱除评价显示与常规的共沉淀法和浸渍法所制备的催化剂相比该介孔复合氧化物具有较高的反应活性和选择性，其高活性主要归因于较高的比表面积和活性组分的高分散度。     

锂空气电池高容量长寿命Co3O4纳米空心球阴极催化剂

以六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、六次甲基四胺（HMT）、蔗糖、柠檬酸钠（Na₃C₆H₅O₇）为原料,140 ^oC下水热碳化处理即得反应前驱物,经煅烧处理后,可得多孔Co₃O₄纳米空心球. 锂空气电池Co₃O₄/SP阴极催化剂具有优异的循环寿命性能,这归因于Co₃O₄空心球的纳米颗粒构成、较高比表面积的多孔结构,为电池反应提供了大量的反应位点,为充放电产物提供了足够的存储空间.     

掺铝Co_3O_4的制备及其电容性能研究

以KOH作沉淀剂制备掺杂Al(Ⅲ)的Co3O4粉体.X射线衍射显示,掺Al的Co3O4不改变其晶型结构.循环伏安、恒流充放电等测试表明,化学掺Al后的Co3O4电极,其比容量提高,当Co(Ⅱ)与Al(Ⅲ)的摩尔比为1∶0.05时,在0~400 mV的电位区间内,5 mA/cm2电流密度下,单电极放电比容量可达518.07 F/g.     

溶剂热法合成不同形貌的Co3O4及其电容特性

采用溶剂热法以不同的钴盐在水-正丁醇体系中合成了不同形貌及尺寸的纳米Co3O4. 采用XRD和TEM对产物的物相和形貌进行表征. 结果表明, 通过改变反应体系中阴离子的种类, 可以控制产物Co3O4的形貌与晶粒尺寸. 通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗法对Co3O4电极材料的电化学性能进行表征. 结果表明, Co3O4的形貌与晶粒尺寸对其电化学性能有显著影响. 在2 mol·L-1 KOH溶液中, 在-0.40 - 0.55 V (vs SCE)电位范围内, 由Co(NO3)2制备的球形Co3O4表现出更好的电容特性,单电极初始比容量达362.0 F·g-1, 经过400 次循环后比容量仍保持90%.