自支撑柔性(Ni/Co)硒化物/NSG-PEDOT电极材料的构筑及其过氧化氢检测性能与机理研究
批准号:
52102106
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
盛丽英
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
盛丽英
中文摘要
过渡金属化合物纳米材料是一类极具应用潜力的无酶过氧化氢检测候选材料。然而,要使该类材料具有更优的无酶过氧化氢检测性能,就需要解决三大难题:优选具有良好电催化活性的活性材料,提高活性材料的利用率及电极材料的电子传输速率。本项目针对这三个难题,分别将过渡金属(Ni/Co)硒化物与自支撑柔性基底材料(NSG-PEDOT)相复合,构建出具有优异无酶过氧化氢检测性能的系列新型电极材料,并深入研究其相关科学问题。主要研究内容:1)系统研究各工艺参数对NSG-PEDOT及系列过渡金属(Ni/Co)硒化物活性材料的物相结构、组成、微观形貌及性能等的影响规律,获得系列具有优异电化学催化性能的无酶过氧化氢检测电极材料,掌握其可控制备技术;2)基于表征结果和相关理论,诠释系列电极材料的生长机理;3)基于相关理论及表征和性能测试结果,揭示基底与活性材料协同作用下的性能优化机理。
英文摘要
Transition metal compound nanomaterials are great potential candidate materials for non-enzyme hydrogen peroxide detection. However, three prominent problems (optimizing active materials with excellent electrocatalytic activity; enhancing the utilization rate of active materials and electron transfer rate) need to be solved in order to make this kind of materials possess superior performance of non-enzyme hydrogen peroxide detection. In this project, for solving the above mention problems, a series of the novel electrode materials with excellent non-enzymatic hydrogen peroxide detection performance were constructed by combining the transition metal (Ni/Co) selenide and self-supported flexible substrate materials (NSG-PEDOT) with high effective surface area and conductivity, and the related scientific problems were deeply studied. Main research contents as follows: 1) The effects of the various process parameters on the phase structure, composition, micro-morphology, surface/interface structure and performance of NSG-PEDOT and a series of transition metal (Ni/Co) selenide active materials are systematically studied. And a series of electrode materials with excellent electrochemical catalytic performance for non-enzyme hydrogen peroxide detection are obtained, meanwhile, the controllable fabrication techniques are mastered. 2) According to the results of the characterization and relevant theories, the growth mechanism of the electrode materials is illustrated. 3) According to the relevant basic theories and results of the characterization and performance tests, the optimized performance mechanism based on the synergistic effect of the substrate and active materials is revealed.
过氧化氢作为一种举足轻重的“绿色”氧化剂,已被广泛用于环境监测与污水处理、疾病诊断等领域。因此简单、准确、快速地检测过氧化氢含量对人体健康和环境监测都具有非常重要的意义。过渡金属硒化物纳米材料是一类极具应用潜力的过氧化氢检测候选材料。本项目将过渡金属(Ni/Co)硒化物与自支撑柔性薄膜(NSG-PEDOT)相复合,构建出了具有优异过氧化氢检测性能的系列新型电极材料,并深入研究了其相关科学问题。.已完成任务书中的全部研究内容:1)以氧化石墨烯,聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯苯磺酸钠(PEDOT:PSS)为原料,2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑为N源和S源,制备出N、S共掺杂还原氧化石墨烯(NSG)和NSG-PEDOT。通过系统研究反应温度、反应时间等因素对NSG-PEDOT导电性的影响规律,获得了具有高导电性的NSG-PEDOT,掌握了其关键制备技术。2)基于NSG-PEDOT的关键制备技术,以NSG-PEDOT为工作电极,采用电沉积法,成功构筑了Ni3Se2-NiSe/NSG-PEDOT、CoSe/NSG-PEDOT、NiCo2Se4/NSG-PEDOT电极材料。通过系统研究NiCl2溶液浓度、CoCl2溶液浓度、Ni/Co摩尔比、沉积电位和沉积时间等工艺参数对产物微观形貌及电化学催化性能的影响规律,获得了制备过渡金属(Ni/Co)硒化物/NSG-PEDOT电极材料的优选工艺,掌握了其关键可控制备技术,并根据产物系统测试表征结果,阐明了产物的形核与生长过程。为研发出一类具有电化学催化性能的新型电极材料提供技术支撑和实验依据。3)通过探索产物形貌、微观结构、组成等与产物性能之间的内在联系,建立了NSG-PEDOT与活性材料协同作用机制,揭示了过渡金属(Ni/Co)硒化物/NSG-PEDOT电极材料电化学性能优化的基本原因。.在完成项目计划书中各项工作并取得了预期研究成果的基础上,还开展了以下拓展工作:采用电沉积法制得MnO2-Co/rGO-CNT 柔性电极材料。系统研究了沉积时间、沉积电位、电解液浓度等因素对产物电催化过氧化氢的影响规律,获得了MnO2-Co/rGO-CNT电极材料的优选制备工艺,并揭示了其性能优化机理。
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