Pt基納米材料的制備及其在燃料電池和免疫傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平也在逐漸的提高，所以人們對(duì)自己的身體健康狀態(tài)也越來(lái)越關(guān)注了；也因此對(duì)環(huán)境，能源等各方面的要求也越來(lái)越高，所以，近年來(lái)對(duì)能源，生物，環(huán)境安全等領(lǐng)域的研究也越來(lái)越多。因?yàn)榧{米材料的粒徑大小在1～100 nm之間，所以具有特殊的結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，因此，和常規(guī)材料相比，具有一些特殊的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。正因?yàn)榧{米材料有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，所以在傳感器，燃料電池，環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
　

2、　直接甲醇燃料電池(DMFC)具有安全，高效等特點(diǎn)，且在室溫等溫和條件下就能進(jìn)行反應(yīng)，因?yàn)殡姵刂械娜剂蠟榧状?，所以燃料電池在?chǔ)存和運(yùn)輸?shù)确矫娑挤浅７奖?。因此，可以作為一種解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的發(fā)電裝置，且因?yàn)轶w積小，所以在移動(dòng)電源和便攜式電源等領(lǐng)域都具有良好的發(fā)展前景。然而，因?yàn)榧状嫉拇呋趸^(guò)程中生成的中間產(chǎn)物CO等容易引起Pt催化劑的中毒，而造成催化劑的催化活性降低，穩(wěn)定性減弱，所以，研制出擁有高催化活性和高穩(wěn)定性等優(yōu)良性質(zhì)的催化

3、劑就顯得尤為重要。
　　電化學(xué)免疫分析法是一種通過(guò)抗原和抗體之間的特異性反應(yīng)來(lái)檢測(cè)樣品中的抗原或抗體的濃度的分析方法，因此這種方法具有很高的特異性和選擇性。電化學(xué)免疫傳感器將免疫分析方法和電化學(xué)傳感兩種技術(shù)結(jié)合在了一起，并利用抗體、酶等作為感受器，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換器把反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種生物傳感器。由于其結(jié)合了免疫分析技術(shù)和電化學(xué)傳感技術(shù)，所以傳感器同時(shí)擁有這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，既具有較高的選擇性，又具有較高的靈敏度。

4、r>　　在這篇論文中，我們從納米顆粒的形貌與組分等對(duì)納米材料進(jìn)行了詳細(xì)的研究，使納米材料在電化學(xué)免疫傳感器領(lǐng)域和直接甲醇燃料電池領(lǐng)域的性質(zhì)得到改善，與此同時(shí)，在傳感器和燃料電池的各種性能也因?yàn)榧{米顆粒的加入而得到了很大的提高。這篇論文的具有研究?jī)?nèi)容如下：
　　1 Pd@PtM(M=Co, Ni, Cu)納米顆粒的制備及其對(duì)甲醇的電催化氧化的研究
　　為了進(jìn)一步探究納米材料在直接甲醇燃料電池中對(duì)催化劑的性能的影響，我們?cè)谶@篇文

5、章采用晶種的方法，通過(guò)異相成核過(guò)程，在表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在的條件下合成了能控制形貌的Pd@PtM(M=Co, Ni, Cu)核 殼納米顆粒。實(shí)驗(yàn)中我們制備的Pd@PtM納米顆粒的內(nèi)核為Pd納米顆粒，殼層金屬為PtM合金。核 殼結(jié)構(gòu)的使用降低了納米顆粒中鉑的濃度，提高了Pt的利用率，并且第一周期過(guò)鍍金屬的引入增強(qiáng)了甲醇電催化氧化的電流密度和穩(wěn)定性。另外，我們還研究了不同的第二種過(guò)渡金屬的加入對(duì)催化劑的穩(wěn)定性和催化活性的影

6、響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在這幾種催化劑中，Pd@PtCu的催化活性和穩(wěn)定性是最好的，且與商業(yè)鉑黑相比較時(shí)，Pd@PtCu催化劑仍然表現(xiàn)出較好的催化活性和穩(wěn)定性。
　　2具有不同殼層厚度的Pd@PtRu納米顆粒的合成及其對(duì)甲醇的電氧化的探究
　　在金屬納米材料中，不同金屬的含量和比例不同對(duì)催化劑的影響也大不相同，在這篇文章同樣采用晶種的方法，利用異相成核過(guò)程在表面活性劑PVP存在的條件下合成了具有不同殼層厚度的 Pd@PtRu

7、納米顆粒。在制備的 Pd@PtRu納米顆粒中Pd為內(nèi)核，PtRu為殼層金屬。在這項(xiàng)工作中，我們注意到具有不同殼層厚度的催化劑的性質(zhì)會(huì)有所不同，并且，殼層中 Pt和 Ru的比例不同，催化劑的性能也有所不同。因?yàn)楹藲そY(jié)構(gòu)的合成使納米顆粒催化劑中Pt的濃度減少了，所以增加了貴金屬 Pt的利用效率。更重要的是，在催化劑中，金屬 Ru可以吸附甲醇電催化氧化過(guò)程中生成的CO，OH等中間產(chǎn)物，從而使金屬Pt表面具有更多的可用于甲醇電催化氧化的活性位點(diǎn)

8、，這就使催化劑催化甲醇氧化的電流密度的增加，從而導(dǎo)致催化劑的活性的提高。
　　3基于金 鉑納米顆粒的無(wú)標(biāo)記的電化學(xué)免疫傳感器的制備及癌胚抗原的檢測(cè)
　　因?yàn)榧{米材料具有較高的的比表面積，且生物相容性較好，因此能促進(jìn)底物與電極之間的電子傳輸，而且還能很好的固定抗原，抗體等生物分子。所以，在這篇文章中，我們使用功能化的單壁碳納米管(SWCNT)來(lái)負(fù)載金 鉑(Au Pt)雙金屬納米顆粒，制備出了一種新型的，無(wú)標(biāo)記的，用于檢測(cè)癌胚抗

9、原(CEA)濃度的電化學(xué)免疫傳感器。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將羧基化的碳納米管滴在干凈的玻碳電極上面，然后采用電沉積的方法將 Au Pt雙金屬納米顆粒沉積在碳納米管表面，玻碳電極表面因?yàn)橛须p金屬納米顆粒的修飾；因?yàn)榭乖涂贵w都是屬于蛋白質(zhì)類(lèi)的，所以，當(dāng)把 anti CEA滴加在修飾后的電極表面時(shí)，anti CEA可以通過(guò)蛋白質(zhì)和 Au Pt之間的相互作用而牢牢地吸附在 Au Pt納米顆粒的表面上，而不容易脫落。在該電化學(xué)免疫傳感器中，因?yàn)橛蠥u

10、Pt納米顆粒和SWCN的加入，使得電極的表面覆蓋率和導(dǎo)電性增加，并且因?yàn)榧{米顆粒的較高的生物相容性使吸附在電極表面的抗體的數(shù)量大大增加。所以，在最優(yōu)的條件下，該電化學(xué)免疫傳感器具有很低的檢測(cè)線，且線性范圍很寬。此外，本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的免疫傳感器還表現(xiàn)出了很好的穩(wěn)定性，選擇性和重現(xiàn)性。而且，當(dāng)把該實(shí)驗(yàn)制備的電化學(xué)免疫傳感器用于檢測(cè)人的血清樣品時(shí)，檢測(cè)結(jié)果與酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA)的結(jié)果十分吻合，因此，該方法可以用于臨床監(jiān)測(cè)。更重要的是，