《树突状的Co3O4纳米结构及其在传感器、电容器和催化剂上的运用综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《树突状的Co3O4纳米结构及其在传感器、电容器和催化剂上的运用综述（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、树突状的Co3O4纳 米结构及其在传感 器、电容器和催化 剂上的运用 专业 ：无机化学 姓名：汪丽友 摘要 树突状的Co3O4纳米结构，是由许多直径为15 - 20 nm，长度为2-3m的纳米棒构成的，已经成功地通过在空气 中煅烧相应的纳米结构的Co-8 -羟基喹啉配位前体制得了。 Co3O4纳米结构可以作为一个电化学传感器来对H2O2进行检 测，研究结果表明，它具有良好的线性关系，对过氧化氢浓 度 变化具有高的灵敏性。作为一个超级电容器的电极材料，我 们 发现这个纳米结构的Co3O4表现出了特别高的电容量和长久 的 循环寿命。 Co3O4的纳米结构也具有良好的催化活性，对于 CO的氧化，表现
2、出了稳定的活性，在较低的温度下实现CO 的 100%转换。多功能Co3O4纳米结构在很多工业化领域将是一 个有前途的功能纳米材料。 引言 H2O2是在环境和生物系统中一个重要的中间体，在污 染控制、织物和纸漂白、食品加工、杀菌剂方面应用很多 。然而， H2O2对于环境来说也是有危害的，在很多疾病 中都有涉及到，这使得对于H2O2在环境、制药、临床、工 业研究中的精确检测很重要。已经报道了一种简单有效的 检测H2O2的电化学方法，这个方法是在支持电解质中基于 电化学的电极上进行的。然而， H2O2在裸电极上的直接 氧化对于电化学分析并不适用，这主要是由于其低的电极 动力学和氧化还原反应需要高的过
3、电势，这使得制备一个 化学修饰电极（CME）很重要。最近，人们研究了很多基 于生物传感器来检测H2O2的电化学方法，具体是在不同材 料如血红蛋白、多层碳纳米管、硅镁土中的细胞色素、C 陶瓷纳米管纳米复合物薄膜中的山葵过氧化物酶上固定酶/ 蛋白质。这些H2O2生物传感器的运用由于酶本身固有的属 性受到制约，因为酶固定过程很容易受到温度、湿度、pH 值的影响。因此，制备一个稳定性高、制备简单、高效率 的非酶的H2O2生物传感器显得非常重要。 Co3O4是一个重要的P型半导体，主要应用在锂离子电 池、多相催化、电化学电容器装置和其它应用上。特别指 出，纳米级的Co3O4材料在过去几年里引起了很多学者
4、的 研究，这是因为其新颖的纳米结构可以导致其物理化学性 质提高。因此，很多控制合成纳米结构的Co3O4和Co3O4 立方体、棒、线、管和层已经制得。金属8-羟基喹啉螯合 物由于其在光致发光，电致发光，场致发光中很宽的变化 使得其应用广泛。这里，我们报道了基于Co（）和8-羟 基喹啉的相互作用来合成Co-8-羟基喹啉配位化合物，通 过很多纳米棒组合成树突状，接着在空气中进行热分解来 形成Co3O4纳米结构。更重要的是，检测H2O2非酶传感器 可以通过纳米结构的Co3O4修饰电极来制得，这中传感器 随着H2O2浓度的变化，表现出了很好的线性关系和高的灵 敏性。作为电容器的电极材料，电化学测量表现出
5、了一个 高比电容和长的循环周期。 Co3O4纳米结构同样也表现出 了很高的催化活性，对于CO的氧化表现出了稳定的活性 ，并在较低的温度下实现CO的100%转换。 实验 1 Co3O4纳米结构的制备 首先，将0.05g8-羟基喹啉和0.1gCO(NH2)2与 20mL0.025M Co(NO3)2溶液混合。然后将溶液转 移到一个50mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压灭菌 器,密封,并在200保持 24h。反应完成后,将生成 的产品过滤,用乙醇和二次蒸馏水洗几次,然后在空 气中干燥。然后将产品在空气中450下煅烧1h ，就得到了黑色的Co3O4纳米结构。 2 传感器的电化学测试 所有测量都是在室温下进
6、行的(252)。修饰后的电 极制备方法如下:将0.0001 g 纳米结构的Co3O4或商业的 Co3O4粉与10L0.5%的电解质溶液混合。然后将溶液滴 在玻碳电极表面(r = 3mm)，干燥1 h。将不同浓度的过氧 化氢注入到0.05 M pH = 7.40的磷酸盐缓冲液中。 CHI660c 电化学工作站(CHI有限公司,上海,中国)用于所有电化学分 析。一个三电极系统，用Ag /AgCl （饱和氯化钾）作为 参 比电极、Pt作为辅助电极和修饰的玻碳电极作为工作电极 。 3 电容器的电化学测试 Co3O4电极的制备步骤如下：将含有80wt% Co3O4和15wt%乙炔黑和5wt%聚四氟乙烯(
7、PTFE) 按压(1.2107 Pa)到一个镍网格(表面积是1cm2) 上作为一个集电器。典型电极材料的加载质量是3 5mg。使用的电解液为3% KOH溶液。实验是 在三电极电池中进行的。铂箔被用作对电极，所 有电势和饱和甘汞电极(SCE)参比电极有关。电极 上的比电容在不同的电流密度可以通过C =It/Vm 计算出，I是放电电流，t是总放电时间,V是电势 在放电后的下降值，m是Co3O4复合电极的质量。 4 CO活性测试 纳米结构的Co3O4在CO + O2反应中的催 化活性的测量是在流动的微反应器中，气体 体积分数分别是1.6%的CO，20.8%的O2和 77.6%的N2，流动速度是30
8、000mL/g/ h。 每个测量用25g催化剂。催化剂先在N2流 100下处理1 h，然后切换到反应气体气 流。通过气相色谱仪TCD分析尾气。 有两 个列气体分离,一个13X分子筛(30 60M)用 来分离O2、N2和CO，另一个填充柱来分离 CO2。 结果与讨论 Co3O4纳米结构 H2O2检测研究 电容器电化学研究 催化剂研究 Co/C纳米复合材料 Scheme 1 The scheme for the synthesis of Co3O4 nanostructure from the solution of urea, 8- hydroxyquinoline and cobalt nit
9、rate in deionized water Fig. 1 (a, b) SEM images of the precursor; (c, d) SEM images of Co3O4 nanostructure; (e, f ) TEM images of Co3O4 nanostructure (inset in (f ): SAED pattern of the selected area). Fig. 2 XRD pattern of the obtained Co3O4 nanostructure Fig. 3 (a) CV curves at a bare glassy carb
10、on (GC) electrode and the as-prepared Co3O4 nanostructure-modified GC electrode recorded in 0.05 M PBS (pH = 7.40) solution saturated with different gases. (b) CV curves of Co3O4 nanostructures- modified GC electrodes with different concentrations of H2O2 saturated with N2 recorded in 0.05 M PBS (pH
11、 = 7.40). (c) Amperometry response at 0.77 V with successive increments of the H2O2 concentration from 0 to 1.7 mM. (d) Plots of current versus H2O2 concentration in the range of 01.7 mM at different Co3O4 modified GC electrodes. Fig. 4(a)Charging/dischargin g curves of the Co3O4 dendrite-electrode
12、in the potential range from 0 to 0.5 V at different current density; (b) The Ragone plot for the Co3O4 nanostructure and commercial Co3O4 electrodes at the potential window of 0.8 V in 3 M KOH aqueous solution; (c) Variation of specific capacitance with cycle number at 1.8 A g1; (d) the Nyquist plot
13、s of the EIS spectra of Co3O4 nanostructure and commercial Co3O4 electrode. Fig. S3 (a) CV curves of the Co3O4 dendrite-electrode in KOH solution (3 M) at different scan rates; (b) The specific capacitances derived from the discharging curves at different discharge rates; Fig. 5 (a) CO conversion ef
14、ficiencies curve using as-prepared Co3O4 nanostructure and commercial Co3O4 as catalysts; (b) CO conversion efficiencies of the Co3O4 nanostructure at different temperatures. Fig. 6 (a) XRD pattern and (b, c) SEM images of the obtained Co/C composites by calcining the metalorganic nanostructured precursor under a N2 atmosphere. 结论 总之，一个多功能性的树突状Co3O4纳米结构 成功的通过煅烧纳米结构的光致发光金属有机前 驱体制备出来了。更重要的是， Co3O4纳米结构 不仅可以作为检测H2O2的一个有效传感器和催化 CO氧化的催化剂，还是一种理想的寿命长的和高 电容的电极纳米材料。我们相信Co3O4纳米材料 ，作为一个廉价的金属氧化物，将在许多领域有 广泛的应用。 谢谢大家！
