新型CNT/nano-TiO_2复合膜电极的制备及其异相电催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管/纳米TiO2(CNT/nano-TiO2)复合溶胶,通过提拉法将复合溶胶涂覆在Ti基体上制得CNT/nano-TiO2复合膜修饰电极(C电极),其电化学性能经循环伏安、计时库仑、交流阻抗谱(EIS)等方法研究.研究结果表明,CNT可阻碍nano-TiO2粒子团聚.在循环伏安图中,C电极的氧化还原峰电流比nano-TiO2膜修饰电极(P 电极)的高出两倍多.通过对草酸溶液的异相电催化反应进一步证明C电极比P电极具有更高的电催化活性,而且对双氧水也有很强的异相电催化还原能力.     

低热固相法制备纳米MnO2/CNT超电容复合电极的循环稳定性

为了改善纳米MnO2超级电容器电极的充放电循环稳定性,以Mn(OAc)2·4H2O、NH4HCO3和碳纳米管(CNT)为原料,采用低热固相反应得到前驱体,再经焙烧和酸处理,制备了一系列CNT含量不同的纳米MnO2/CNT复合电极材料,并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积测定方法对其进行了表征.XRD分析结果表明,复合材料中的MnO2为纳米γ-MnO2.研究了复合电极在1 mol·L-1 LiOH电解质中的电化学性能,并与不含CNT的纯纳米MnO2电极进行了比较.结果表明,含CNTs为10%(w,质最分数,下同)和20%的MnO2/CNT复合电极的循环稳定性远优于纯纳米MnO2电极的循环稳定性,其中含10%CNTs的MnO2/CNT复合电极不仪具有良好的循环稳定性,而且在1000 mA·g-1高倍率充放电条件下仍具有200 F·g-1的高比电容.     

碳纳米管电极上辣根过氧化物酶的直接电化学

制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC).将辣根过氧化物酶(HRP)固定在CNT/GC电极表面,形成HRP-CNT/GC电极.研究了HRP的直接电子转移.实验结果表明,HRP在CNT/GC电极表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应,其循环伏安曲线上表现出一对良好的、几乎对称的氧化还原峰;式量电位E^0'几乎不随扫速(至少在20～100 mV/s的扫速范围内)而变化,其平均值为(-0.319±0.002) V (vs. SCE, pH 6.9); HRP在CNT/GC电极表面直接电子转移的速率常数为(2.07±0.56) s^-1;式量电位E^0'与溶液pH 的关系表明HRP的直接电化学是(1e+1H⁺)的电极过程.进一步的实验结果显示,固定在CNT/GC电极表面的HRP能保持其对H₂O₂还原的生物电催化活性,而且能快速地响应H₂O₂浓度的变化.本文制备碳纳米管修饰电极和固定酶的方法具有简单和易于操作等优点,可用于获得其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移.     

碳纳米管促进氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移

将血红蛋白(Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)分别固定在经碳纳米管修饰的玻碳电极(CNT/GC)上,制成Hb CNT/GC、HRP CNT/GC和GOx CNT/GC电极.Hb、HRP和GOx在CNT/GC电极表面均能发生有效和稳定的直接电子转移反应,其相应的循环伏安曲线均显示出一对几近对称的氧化还原峰;在60mV/s下,其式量电位E0'分别为-0.343V、-0.319V和-0.456V(vs.SCE,pH6.9),且不随扫速而变;以上三者在CNT/GC电极表面直接电子转移的表观速率常数ks依次为1.25±0.25、2.07±0.56和1.74±0.42s-1;根据式量电位E0'随缓冲溶液pH值的变化关系,确知在CNT/GC电极上,Hb或HRP发生的直接电化学遵从(1e+1H+)电极过程机理,而GOx发生的直接电化学反应则遵从(2e+2H+)机理.此外,固定在CNT/GC电极表面的Hb、HRP和GOx也同时表现出对各自底物的生物电催化活性.由本文制备的碳纳米管修饰电极及其固定生物蛋白质(酶)的方法具有简单、易于操作等优点,并可用于对其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移测试.     

聚吡咯/碳纳米管分子印迹修饰电极对槲皮素的选择性测定

制备了一种新颖的可对槲皮素分子进行选择性测定的分子印迹聚合物膜修饰电极.在碳纳米管(CNT)独特的结构和力学性能作用下,以吡咯(Py)为功能单体,槲皮素为模板分子,电聚合方法制备了槲皮素的分子印迹聚合物膜修饰电极(PPy/CNT/GCEMIP).用电化学交流阻抗法研究了该修饰电极的界面性质,用循环伏安法和差分脉冲伏安法...     

基于碳纳米管和铁氰酸镍纳米颗粒协同作用的葡萄糖生物传感器

将制备的铁氰酸镍纳米颗粒(NiNP)与多壁碳纳米管(CNT)混合, 分散于壳聚糖溶液中, 形成一种新的纳米复合成分(NiNP-CNT-CHIT), 将其修饰在玻碳电极表面. 新复合膜体现了NiNP和CNT之间的协同作用, 由于CNT的良好的传递电子性能, 促使NiNP催化氧化还原能力有了较大的提高. 此NiNP-CNT-CHIT复合膜修饰的玻碳电极在较低电位下对过氧化氢具有良好的电催化性能, 与NiNP-CHIT膜比较, 测定H₂O₂的灵敏度增大了50倍. 通过戊二醛在电极表面固定葡萄糖氧化酶制备了一种新的葡萄糖传感器. 该传感器在－0.2 V下对葡萄糖的线性范围为0.05～10 mmol/L, 检测下限为10 μmol/L.     

碳纳米管负载纳米铂修饰电极及电催化氧化H2O2的研究

采用化学气相沉积法在碳纳米管(CNT)上负载Pt纳米颗粒,并制备了CNT-Pt修饰玻碳电极(CNT-Pt/GCE).研究了该修饰电极在磷酸缓冲液中对H2O2的电催化氧化作用以及实验条件的影响.计算了H2O2在CNT-Pt/GCE上的电极反应速率常数.结果表明,CNT-Pt/GCE对H2O2的电化学氧化具有良好的催化作用,电极反应速率常数比铂电极高约2.65倍.初步探讨了电催化氧化机理,为酶电化学传感器的研制提供了一条新的途径.     

碳纳米管修饰电极上葡萄糖氧化酶的直接电子转移

制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC), 利用吸附的方法将葡萄糖氧化酶(GOx)固定到CNT/GC电极表面, 形成GOx-CNT/GC电极．研究了GOx的直接电子转移, 实验结果表明, GOx在CNT/GC电极表面没有发生变性, 能进行有效和稳定的直接电子转移反应, 其循环伏安图上表现出一对很好的、几乎对称的氧化还原峰; 式量电位E^0’几乎不随扫速(至少在10~140 mV·s^−1的扫速范围内)而变化, 其平均值为−0.456±0.0008 V (vs. SCE); GOx在CNT/GC电极表面直接电子转移的速率常数为1.74±0.42 s^−1, 比文献中报道的值大了数十倍; 进一步的实验结果显示, 固定在CNT/GC电极表面的GOx能保持其对葡萄糖氧化的生物电催化活性, 而且电催化活性很稳定. 文中制备碳纳米管修饰电极和固定酶的方法具有简单和易于操作等优点, 可用于获得其他生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移.     

Pt/碳纳米管电极的电化学稳定性

 研究了Pt/CNT(碳纳米管)电极在动电位和恒电位两种情况下的电化学稳定性. 在动电位条件(0.05～1.2 V vs RHE(可逆氢电极)循环伏安940次, 60 h)下, Pt/CNT电极的电化学表面积下降18.8%; 在恒电位条件(1.2 V vs RHE, 60 h)下, Pt/CNT电极的电化学表面积仅下降5.2%. 这表明Pt/CNT电极在动电位条件下性能衰减得更迅速. X射线光电子能谱分析表明,恒电位条件下载体碳纳米管被氧化的程度较大. X射线衍射分析计算表明,动电位和恒电位氧化后, Pt颗粒的平均粒径从3.8 nm分别增大到4.9和3.9 nm. Pt颗粒的长大可能是Pt/CNT电极性能衰减的主要原因之一,而载体的氧化不是Pt/CNT电极性能衰减的主要原因.     

碳纳米管添加剂对质子交换膜燃料电池低铂载量膜电极性能的影响研究

以碳纳米管（CNT）作为低铂载量膜电极（CCM）催化层（0.1 mg_Pt·cm^-2）添加剂，研究了CNT的添加方式对催化层微观结构以及膜电极性能的影响.结果表明，与常规低铂载量催化层相比，在其表面喷涂一层CNT或将CNT均匀分散到Pt/C催化层中均有利于提升低铂载量膜电极的输出性能，在70℃和100%相对湿度条件下最高输出功率比常规低铂载量膜电极的0.522 W·cm^-2分别提升了22.4%和60.0%，并且均匀分散添加方式优于分层添加方式.其原因在于分层添加CNT后改善了低铂催化层和气体扩散层之间的接触界面，降低了催化层与扩散层间的接触电阻，而均匀分散添加方式除了可降低界面接触电阻外，还显著改善了低铂催化层中的气体传输，大幅提升了Pt催化剂的利用效率，使得膜电极电化学反应电阻明显降低.进一步对均匀分散添加方式中CNT的载量进行优化，表明CNT添加量为37.5 μg·cm^-2时电池输出性能最佳，70℃和100%相对湿度条件下的最大输出功率达到0.91 W·cm^-2.本研究工作表明，将CNT均匀分散添加到催化层中是一种有效提升低铂载量膜电极性能的方法.