CN109856203A - 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 - Google Patents
镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109856203A CN109856203A CN201811592885.3A CN201811592885A CN109856203A CN 109856203 A CN109856203 A CN 109856203A CN 201811592885 A CN201811592885 A CN 201811592885A CN 109856203 A CN109856203 A CN 109856203A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- alloy
- carbon fiber
- mosaic
- fiber composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 120
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 67
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 67
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229910002064 alloy oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000011160 research Methods 0.000 title description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 17
- TZIBOXWEBBRIBM-UHFFFAOYSA-N cerium(3+) oxygen(2-) titanium(4+) Chemical compound [O--].[O--].[Ti+4].[Ce+3] TZIBOXWEBBRIBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 5
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 25
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 9
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 9
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 8
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims description 4
- FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M gold monochloride Chemical compound [Cl-].[Au+] FDWREHZXQUYJFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 claims description 4
- KGYLMXMMQNTWEM-UHFFFAOYSA-J tetrachloropalladium Chemical compound Cl[Pd](Cl)(Cl)Cl KGYLMXMMQNTWEM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910001922 gold oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 27
- 229960002163 hydrogen peroxide Drugs 0.000 description 24
- PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N nickel platinum Chemical compound [Ni].[Pt] PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- ODPUKHWKHYKMRK-UHFFFAOYSA-N cerium;nitric acid Chemical compound [Ce].O[N+]([O-])=O ODPUKHWKHYKMRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021069 Pd—Co Inorganic materials 0.000 description 2
- CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N [Co].[Pt] Chemical compound [Co].[Pt] CLBRCZAHAHECKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 229920006316 polyvinylpyrrolidine Polymers 0.000 description 2
- 150000003233 pyrroles Chemical class 0.000 description 2
- TUTLDIXHQPSHHQ-UHFFFAOYSA-N tin(iv) sulfide Chemical compound [S-2].[S-2].[Sn+4] TUTLDIXHQPSHHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- SFOSJWNBROHOFJ-UHFFFAOYSA-N cobalt gold Chemical compound [Co].[Au] SFOSJWNBROHOFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- -1 potassium ferricyanide Chemical compound 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及应用。以金属源、硝酸铈和聚乙烯吡咯烷酮为前驱体，采用静电纺丝及热处理技术原位制备了镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合物。该制备条件温和，环境友好；采用该制备方法不仅能够实现材料组成和尺寸的可控，还可以通过镶嵌的方式将合金和氧化物均匀分散在碳纤维中，有效阻止其团聚而提高材料结构稳定性；更有趣的是，在该方法制备的复合物中，合金颗粒主要分布在二氧化铈片附近或表面，有助于促进二者的协同作用，进而提高其对过氧化氢的分析性能。本发明不仅解决了负载型复合材料中纳米颗粒容易团聚和从载体表面脱落的难题，还为新材料制备与设计提供了新的方法和思路。
Description
技术领域
本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究。
背景技术
近年来，开发综合性能优异的非酶新材料是过氧化氢检测研究的关键。随着纳米科技的发展，纳米合金和氧化物因具有优异的导电性与电催化活性而被广泛研究，研究表明，金属与金属氧化物复合后会对催化过氧化氢还原产生协同效应；将纳米颗粒修饰到碳载体表面，能显著提高其对过氧化氢的检测性能，然而在使用过程中，这些纳米颗粒自身容易团聚或从载体表面脱落，进而影响其结构稳定性和对过氧化氢的检测性能，因此如何解决该难题对其实际应用至关重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用，本发明所制备的复合纳米材料中，合金纳米颗粒和二氧化铈片通过镶嵌的方式均匀、牢固地分散在碳纤维中以阻止其团聚，且合金颗粒主要分布在二氧化铈片附近或表面，有助于促进二者的协同作用，使该复合材料具有良好的结构稳定性和增强的过氧化氢分析性能。
为实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：
镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）前驱体溶液的制备：将0.015~0.125 mmol贵金属源、0.005~0.195 mmol非贵金属源和0.2~0.7 mmol硝酸铈溶解到8~15 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入0.8~1.5 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌1~24 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为8~30 cm，设置纺丝液的推进速度为5~20 μL·min-1，在温度为15~45℃、相对湿度为35%~75%、负压为0.2~2 kV和正压为8~30 kV的条件下开展静电纺丝实验，8~15 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置1~24 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至100~180℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~5h；②、在空气气氛下，从100~180℃加热至200~300℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~5h；③、在氩气气氛下，从200~300℃加热至900~1300℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~10 h；④、在氩气气氛下，从900~1300℃降温至室温，降温速率为2~20℃·min-1。
进一步的，所述步骤（1）中所述贵金属源为氯铂酸、氯金酸和四氯钯酸铵中的任一种，所述非贵金属源为氯化镍和氯化钴中的任一种。
进一步的，步骤（1）中水和无水乙醇的混合溶剂，水和无水乙醇的体积比为1:9~9:1。
进一步的，步骤（2）中平头针头的直径为0.5~1.5 mm。
进一步的，镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料具有高比表面积和多孔结构，比表面积为300~500 m2·g-1，平均孔径为3~5 nm。
进一步的，镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的直径分布范围是200~500 nm。
进一步的，通过XRD、SEM和TEM对所制备的合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料进行表征，合金纳米颗粒和二氧化铈片均匀镶嵌在碳纤维中，且合金纳米颗粒主要分布在二氧化铈片附近或表面。
另外，镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料作为电化学传感材料在过氧化氢分析检测中的应用，镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维基传感器对过氧化氢的检测线性范围宽、检测限低且灵敏度高。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明以水和乙醇为溶剂在室温条件下制备前驱体溶液，反应条件温和，环境友好；
（2）本发明所制备的复合材料中合金纳米颗粒和二氧化铈片通过镶嵌的方式均匀、牢固地分散在碳纤维中，以提高该复合材料的结构稳定性；
（3）本发明所制备的镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料作为电化学传感材料应用于检测分析过氧化氢，该复合材料具有高比表面积和多孔结构，为过氧化氢的质量传递提供足够的空间和路径；另外，在碳纤维中，合金颗粒主要分布在二氧化铈片附近或表面，这样能促进合金与二氧化铈间的协同作用，进而提高其对过氧化氢的分析性能。
附图说明
图1为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的XRD图。
图2为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的SEM图。
图3为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的TEM图。
图4为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极在加和不加过氧化氢时的循环伏安曲线图。
图5为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极对过氧化氢的响应电流与过氧化氢浓度的关系图。
图6为实施例1中镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极在不同时刻的循环伏安曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1 镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.048 mmol氯铂酸、0.072 mmol氯化镍和0.6 mmol硝酸铈溶解到12 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入1.2 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌1 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为20 cm，设置纺丝液的推进速度为8 μL·min-1，在温度为25℃~35℃、相对湿度为40%~50%、负压为1.5 kV和正压为20 kV的条件下开展静电纺丝实验，11 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置10 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至180℃，升温速率为2℃·min-1，并保温1.5 h；②、在空气气氛下，从180℃加热至280℃，升温速率为2℃·min-1，并保温1.5 h；③、在氩气气氛下，从280℃加热至1300℃，升温速率为10℃·min-1，并保温4 h；④、在氩气气氛下，从1300℃降温至室温，降温速率为10℃·min-1。
如图1所示是本实施例所制备的镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的XRD图，从图中可得，通过热处理过程成功得到了铂镍合金、二氧化铈和无定型碳的复合物。如图2和图3所示分别为铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的SEM图和TEM图，从图中可以看出，所制备复合物的形貌比较均匀，它的直径分布范围为200～300 nm，且铂镍合金纳米颗粒和二氧化铈纳米片均匀镶嵌在了碳纤维中。仔细观察其TEM图发现，在铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维中有空隙出现，这说明它具有多孔结构。
实施例2 镶嵌型铂钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.065 mmol氯铂酸、0.016 mmol氯化钴和0.5 mmol硝酸铈溶解到11 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入1.0g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌12 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为30 cm，设置纺丝液的推进速度为12 μL·min-1，在温度为20~30℃、相对湿度为35%~45%、负压为2 kV和正压为30 kV的条件下开展静电纺丝实验，10 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置15 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为铂钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至100℃，升温速率为5℃·min-1，并保温3 h；②、在空气气氛下，从100℃加热至200℃，升温速率为5℃·min-1，并保温3 h；③、在氩气气氛下，从200℃加热至1300℃，升温速率为5℃·min-1，并保温6 h；④、在氩气气氛下，从1300℃降温至室温，降温速率为15℃·min-1。
实施例3 镶嵌型金镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.072 mmol氯金酸、0.008 mmol氯化镍和0.7 mmol硝酸铈溶解到15 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入1.5 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌15 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为25 cm，设置纺丝液的推进速度为18 μL·min-1，在温度为30~40℃、相对湿度为45%~55%、负压为1.8 kV和正压为25 kV的条件下开展静电纺丝实验，8 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置18 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为金镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至200℃，升温速率为1℃·min-1，并保温1 h；②、在空气气氛下，从200℃加热至300℃，升温速率为1℃·min-1，并保温1 h；③、在氩气气氛下，从300℃加热至1000℃，升温速率为10℃·min-1，并保温10 h；④、在氩气气氛下，从1000℃降温至室温，降温速率为12℃·min-1。
实施例4 镶嵌型金钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.019 mmol氯金酸、0.169 mmol氯化钴和0.2 mmol硝酸铈溶解到8 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入0.8 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌4 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为10 cm，设置纺丝液的推进速度为15 μL·min-1，在温度为35~45℃、相对湿度为65%~75%、负压为0.5 kV和正压为10 kV的条件下开展静电纺丝实验，10 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置1 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为金钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至120℃，升温速率为10℃·min-1，并保温4 h；②、在空气气氛下，从120℃加热至250℃，升温速率为10℃·min-1，并保温4 h；③、在氩气气氛下，从250℃加热至900℃，升温速率为15℃·min-1，并保温2 h；④、在氩气气氛下，从900℃降温至室温，降温速率为5℃·min-1。
实施例5 镶嵌型钯镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.121 mmol四氯钯酸铵、0.013 mmol氯化镍和0.3 mmol硝酸铈溶解到10 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入1.0 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌24 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为8 cm，设置纺丝液的推进速度为6 μL·min-1，在温度为15~25℃、相对湿度为30%~40%、负压为0.2 kV和正压为8 kV的条件下开展静电纺丝实验，15 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置24 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为钯镍合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至150℃，升温速率为15℃·min-1，并保温2 h；②、在空气气氛下，从150℃加热至250℃，升温速率为15℃·min-1，并保温2 h；③、在氩气气氛下，从250℃加热至1200℃，升温速率为20℃·min-1，并保温8 h；④、在氩气气氛下，从1200℃降温至室温，降温速率为2℃·min-1。
实施例6 镶嵌型钯钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备
（1）前驱体溶液的制备：将0.021 mmol四氯钯酸铵、0.193 mmol氯化钴和0.4 mmol硝酸铈溶解到10 ml水和无水乙醇的混合溶剂中，在磁力搅拌条件下缓慢加入1.2 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌8 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为16 cm，设置纺丝液的推进速度为20 μL·min-1，在温度为25~40℃、相对湿度为60%~70%、负压为1 kV和正压为16 kV的条件下开展静电纺丝实验，12 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置4 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为钯钴合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至160℃，升温速率为20℃·min-1，并保温5 h；②、在空气气氛下，从160℃加热至280℃，升温速率为20℃·min-1，并保温5 h；③、在氩气气氛下，从280℃加热至1100℃，升温速率为1℃·min-1，并保温1 h；④、在氩气气氛下，从1100℃降温至室温，降温速率为20℃·min-1。
实施例7镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维修饰玻碳电极的制备
对玻碳电极进行抛光，直至测得铁氰化钾的氧化与还原峰电位的差值< 80 mV，称取6.0 mg上述实施例中所制备的镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维加入1.5 mL 0.4%的全氟磺酸溶液中，超声使其分散均匀，将5 μL上述分散液分批次滴加在玻碳电极上，晾干，即可得到镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极。
实施例8 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维修饰电极对过氧化氢的检测
如图4所示是实施例1中所制备的镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极在加和不加过氧化氢时的循环伏安曲线图，由图可知，修饰后的电极表现出明显增强的电流响应信号，这说明铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维对过氧化氢还原具有优异的电催化活性，这与铂镍合金特殊的电子结构、铂镍合金和二氧化铈片的均匀分布以及它们之间的协同作用有关，这些特性将有利于反应过程中电子传递和质量传递，进而提高其过氧化氢分析性能。
如图5所示是实施例1中所制备镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极对持续加入过氧化氢的响应电流与过氧化氢浓度的关系图，修饰的电极对过氧化氢的响应电流随着加入过氧化氢浓度的增加而升高；过氧化氢浓度为0.5 μM～15 mM范围时，修饰玻碳电极的响应电流与过氧化氢浓度成线性关系，计算可得其对过氧化氢的检测限为0.02 μM，灵敏度为324.8 μA·mM-1·cm-2，由此可知，铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维作为电化学传感材料对过氧化氢具有宽的检测线性范围、低的检测限和高的灵敏度。
如图6所示是实施例1中所制备镶嵌型铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的玻碳电极在不同时刻的循环伏安曲线图，从图中可以看出，铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的电极被放置15天后，对过氧化氢的响应值还能达到新修饰电极的98.8%，这说明铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维修饰的电极对电催化过氧化氢还原具有良好的稳定性，这也进一步验证了铂镍合金/二氧化铈片/碳纤维的结构稳定性，这与铂镍合金、二氧化铈的稳定性及其牢固的镶嵌结构有关。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）前驱体溶液的制备：将0.015~0.125 mmol贵金属源、0.005~0.195 mmol非贵金属源和0.2~0.7 mmol硝酸铈溶解到8~15 ml水和无水乙醇的混合溶济中，在磁力搅拌条件下缓慢加入0.8~1.5 g聚乙烯吡咯烷酮，室温下继续搅拌1~24 h，得到均质且具有一定粘度的透明前驱体溶液；
（2）静电纺丝制备纤维毡：将前驱体溶液转移至具有平头针头的注射器中，调整针尖与接收器的距离为8~30 cm，设置纺丝液的推进速度为5~20 μL·min-1，在温度为15~45℃、相对湿度为35%~75%、负压为0.2~2 kV和正压为8~30 kV的条件下开展静电纺丝实验，8~15 h后，将得到的纤维毡在室温条件下静置1~24 h；
（3）热处理：将纤维毡放入坩埚内，随后将坩埚放置于真空管式高温烧结炉中进行热处理，取出坩埚内的产物，即为合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其中，具体的热处理程序为：①、在空气气氛下，从室温加热至100~180℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~5h；②、在空气气氛下，从100~180℃加热至200~300℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~5h；③、在氩气气氛下，从200~300℃加热至900~1300℃，升温速率为1~20℃·min-1，并保温1~10 h；④、在氩气气氛下，从900~1300℃降温至室温，降温速率为2~20℃·min-1。
2.如权利要求1所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中贵金属源为氯铂酸、氯金酸和四氯钯酸铵中的任一种，非贵金属源为氯化镍和氯化钴中的任一种。
3.如权利要求1所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中水和无水乙醇的混合溶剂，水和无水乙醇的体积比为1:9~9:1。
4.如权利要求1所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中平头针头的直径为0.5~1.5 mm。
5.采用权利要求1~4任一方法制备的镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料。
6.如权利要求5所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其特征在于，合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料具有高比表面积和多孔结构，比表面积为300~500m2·g-1，平均孔径为3~5 nm。
7.如权利要求5所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其特征在于，合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的直径分布范围为200~500 nm。
8.如权利要求5所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料，其特征在于，合金纳米颗粒和二氧化铈片均匀镶嵌在碳纤维中，且合金纳米颗粒主要分布在二氧化铈片附近或表面。
9.一种如权利要求5所述镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的应用，其特征在于，镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料作为电化学传感材料在过氧化氢分析检测中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811592885.3A CN109856203A (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811592885.3A CN109856203A (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109856203A true CN109856203A (zh) | 2019-06-07 |
Family
ID=66892237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811592885.3A Pending CN109856203A (zh) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109856203A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114082396A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-25 | 淮阴师范学院 | 一种具有磁性的柿饼状铁酸铈/二氧化铈复合吸附剂及其制备方法 |
| CN114985723A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-02 | 江苏科技大学 | 锑铋合金材料及其制备方法和在钠二次电池负极中的应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103280584A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 东南大学 | 电纺法制备复合金属-陶瓷纳米纤维sofc阳极的方法 |
| CN104261456A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-01-07 | 济南大学 | 一种二氧化铈纳米带或纳米管的制备方法 |
| CN105332097A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-02-17 | 济南大学 | 一种负载Co3O4纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法及所得产品 |
-
2018
- 2018-12-25 CN CN201811592885.3A patent/CN109856203A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103280584A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 东南大学 | 电纺法制备复合金属-陶瓷纳米纤维sofc阳极的方法 |
| CN104261456A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-01-07 | 济南大学 | 一种二氧化铈纳米带或纳米管的制备方法 |
| CN105332097A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-02-17 | 济南大学 | 一种负载Co3O4纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法及所得产品 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HUIJUAN GUAN ET AL.: "Rapid quantitative determination of hydrogen peroxide using an electrochemical sensor based on PtNi alloy/CeO2 plates embedded in N-doped carbon nanofibers", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
| 关会娟: "碳纳米纤维复合材料制备及其过氧化氢电化学传感性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114082396A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-02-25 | 淮阴师范学院 | 一种具有磁性的柿饼状铁酸铈/二氧化铈复合吸附剂及其制备方法 |
| CN114082396B (zh) * | 2021-09-28 | 2023-07-11 | 淮阴师范学院 | 一种具有磁性的柿饼状铁酸铈/二氧化铈复合吸附剂及其制备方法 |
| CN114985723A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-02 | 江苏科技大学 | 锑铋合金材料及其制备方法和在钠二次电池负极中的应用 |
| CN114985723B (zh) * | 2022-06-01 | 2024-01-26 | 江苏科技大学 | 锑铋合金材料及其制备方法和在钠二次电池负极中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dai et al. | High-performance electrochemical biosensor for nonenzymatic H2O2 sensing based on Au@ C-Co3O4 heterostructures | |
| Zhang et al. | Graphene‐based electrochemical glucose sensors: Fabrication and sensing properties | |
| Ma et al. | Preparation of spinel nickel-cobalt oxide nanowrinkles/reduced graphene oxide hybrid for nonenzymatic glucose detection at physiological level | |
| Yin et al. | In situ reduction of the Cu/Cu2O/carbon spheres composite for enzymaticless glucose sensors | |
| Miao et al. | A novel hydrogen peroxide sensor based on Ag/SnO2 composite nanotubes by electrospinning | |
| Liao et al. | NiMoO4 nanofibres designed by electrospining technique for glucose electrocatalytic oxidation | |
| Guo et al. | Gold nanowire assembling architecture for H2O2 electrochemical sensor | |
| Ni et al. | In-situ growth of Co 3 O 4 nanoparticles on mesoporous carbon nanofibers: a new nanocomposite for nonenzymatic amperometric sensing of H 2 O 2 | |
| Shen et al. | Gold-coated silica-fiber hybrid materials for application in a novel hydrogen peroxide biosensor | |
| Liu et al. | Coaxial electrospinning route to prepare Au-loading SnO2 hollow microtubes for non-enzymatic detection of H2O2 | |
| Fatemi et al. | Apple–biomorphic synthesis of porous ZnO nanostructures for glucose direct electrochemical biosensor | |
| Zhu et al. | Facile and green fabrication of small, mono-disperse and size-controlled noble metal nanoparticles embedded in water-stable polyvinyl alcohol nanofibers: High sensitive, flexible and reliable materials for biosensors | |
| Dai et al. | Electrospun zirconia-embedded carbon nanofibre for high-sensitive determination of methyl parathion | |
| Wang et al. | TiC nanoparticles-chitosan composite film for the direct electron transfer of myoglobin and its application in biosensing | |
| Li et al. | Magnetic titania-silica composite–Polypyrrole core–shell spheres and their high sensitivity toward hydrogen peroxide as electrochemical sensor | |
| Dong et al. | Dendritic Ag@ Cu bimetallic interface for enhanced electrochemical responses on glucose and hydrogen peroxide | |
| Song et al. | Facile preparation of Prussian blue/polypyrrole hybrid nanofibers as robust peroxidase mimics for colorimetric detection of L-cysteine | |
| CN108760851A (zh) | 一种CuS/GO/MWCNTs复合纳米粒子修饰电极的制备方法及其产品、应用 | |
| CN109856203A (zh) | 镶嵌型合金/二氧化铈片/碳纤维复合纳米材料的制备方法及其应用研究 | |
| Zhang et al. | In situ growth of Ag-reduced graphene oxide-carbon nanotube on indium tin oxide and its application for electrochemical sensing | |
| CN100484631C (zh) | 碳纳米空心球负载金属纳米粒子催化剂的制备方法 | |
| Sekar et al. | Fabrication of electrochemical biosensor with ZnO-PVA nanocomposite interface for the detection of hydrogen peroxide | |
| Zhou et al. | A novel electrochemical sensor based on AuPd/UiO-66-NH 2/GN composites for sensitive dopamine detection | |
| Xie et al. | 3D RGO/MWCNTs-loaded bimetallic-organic gel derived ZrFeOx as an electrochemical sensor for simultaneous detection of dopamine and paracetamol | |
| Yang et al. | Synthesis of Ag/γ-AlOOH nanocomposites and their application for electrochemical sensing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190607 |