金属纳米结构电极材料的制备及性能研究

金属纳米结构电极材料的制备及性能研究

吕凝磊

东莞劲胜精密组件股份有限公司

摘要：随着社会经济和社会环境的不断发展，促使科学技术和观念也得到了有效的提升，其中就包括对金属纳米结构材料的研究与分析。同时，由于其的尺寸、形状、构成等的改变会出现不同机构，并且具备不同的物理性质，在实际发展的过程中也受到了广泛的应用。金属纳米结构电极素材本身就具备大面积、高效的催化活性以及优质的导电性，促使其在电催化和电化学传感的工作中占据重要的影响力。

关键词：金属纳米结构；电极材料；制备；性能研究

通过对实际应用的案例研究分析，复合金属纳米结构电极素材在实际发展的过程中要比单一化的更具备一定的性能，例如更好的催化活性、催化的选择性以及更为完善的抗钝能力。核壳结构的金属纳米素材是一种具备特殊性的复合素材，其也具备一定的特殊性，例如平稳性、分散型以及构成可控性等，在实际发展和应用的很多领域中都展现出一定的特异性。但是，其在电催化和传感领域中的应用展示却少之又少。具备高性能电极素材的就有负载型纳米电极材料，通过对实际案例的研究与分析可以知道，碳纳米管的特殊性、高化学平稳性、优质的导电性以及电催化特点成为电活性素材的重要依据。除此之外，电极素材在变化形状的过程中也可以有效的控制电极素材性能。因此，促使其成为不断发展过程中重要的研究方向和观点。电化学沉积法在实际操作的过程中较为简易、灵活，也是制备金属纳米结构电极素材重要的形式之一。

一、核壳结构铂金纳米材料的电催化性能研究

金和铂在金属素材中是一种较为典型的素材，其在电催化和传感领域中的工作也的得到了有效的关注。与单一的金属对比分析，其具备独特的能力。由于符合金属纳米结构淡季素材的构成受到多样化因素的影响，以此对其结构进行研究，这对研究复合金属的性能等工作有一定的影响意义。金属纳米结构作为葡萄糖无酶传感器的电极素材在实际发展过程中的研究较早，并且非常娴熟，现阶段有很多金属和其复合纳米结构素材在其从传感器中推广。

（一）实验

在实施实验的过程中主要分为以下几点：第一，仪器和试剂。在实施的过程中需要选择一个完善的实验环境，依据三电极铂丝为对电极，饱和甘汞为参比电极，电位以饱和KCI为依据。同时，在实验过程中应用的试剂都是分析其纯并没有经纯化。电解液磷酸缓冲溶液、葡萄糖等在实验之前都需要超纯水进行配置。在没有特殊要求下，全部的电化学实验需要在氮气的保护下实施，全部的电流密度素质需要依据电荷的几何面积为依据。第二，素材的合成。其主要是进行金属纳米棒和Au@Pt纳米结构的合成。第三，准备Au@Pt的分散液。其主要是依据2.0mgAu@Pt在两种不同超纯水中超声分散分钟后，获取不同浓度的分散液。第四，Au@Pt修饰电极的制备。其主要分为以下几点：一是滴涂Au@Pt电极，在应用GC之前，需要依据不同形式的抛光粉抛光之后，应用水和乙醇进行超声清洗。并且，在其表层滴入一定的分散液，在挥发之后，滴涂相应的溶液，以此获取有效的电极素材。二是自组装PSS/Au@Pt电极，其主要是指Au@Pt具备正电，可以在静电的状态下自主构成Au@Pt薄膜电极。三是自组装CNT/Au@Pt电极。四是吸附法制备CNT/Au@Pt电极。

（二）结果与探讨

通过实验之后依据电子显微镜对其形状的观察和研究，在结合实际发展的知识可以知道，电极素材的结构形状对其活性有一定的影响，粗糙电极与平整的对比分析可知，其具备的催化活性较高。同时，在选择制备方案的过程中也影响着电化学活性的发展。通常情况下，电极表层催化活性点位会随着催化剂装饰数量的增加而增加，以此提升了催化电流，但是催化剂数量的增加也会导致降低了催化反应，催化活性，严重的还会影响电极平稳性。通过实验和分析表现，Au@Pt电极的活性成分最重要的就是铂，复合材料中的Pt纳米点有助于提升电极的催化活性。同时实验表明，双金属复合素材可以具备协同的能力，有助于提升复合素材的催化性能【1】。

二、纳米结构铜电极材料的电化学制备及催化性能研究

（一）实验

其主要分为以下几点：第一，仪器和试剂。其主要包括了葡萄糖、氢氧化钠以及硫酸铜等试剂，而仪器包括了电子显微镜。第二，沉积实验。先是要选择一个优质的实验站，依据三点测试系统是实施有效的实验工作。同时，在没有特殊说明下都是全部的电化学实验都需要在氮气的保护下实施【2】。

（二）结果和研究

在酸性条件下实施实验，依据大过电位电沉积金属铜，主要是对其方案、液体、时间等数据对沉积物体和电活性进行研究。同时实验说明，改变沉积的条件可以有效的对沉积物形状进行控制，在沉积溶液为10.15MCuSOa+0.42MH}S04、沉积电位一1.5V、沉积时间为十秒时，其纳米结构铜电极对葡头糖具有一定的催化活性。同时，其在无酶葡萄糖传感器中的应用说明，在+0.45V检测电位下，其具备一定的干扰能力、灵活性较强以及平稳性等。

三、电沉积碳管膜负载铜及其催化性能研究

（一）实验

其主要分为以下几点：第一，仪器和试剂。先选择一个完善的实验地点，依据三电极系统进行有效的工作，试剂包括了硫酸、硫酸钠、葡萄糖等，还有的溶剂在实验之前依据超纯水进行配置，同时在没有特殊规定的情况下，都需要在氮气的保护下进行工作。第二，实验过程。碳管要依据三比一的配例融合浓硫酸和浓硝酸超声八个小时，离心水洗到中性之后，分散到水中，以此获取有效的溶液。在+4.0V的沉积电位下，恒电位沉积一百秒之后获取有效的载体膜【3】。

（二）结果和研究

通过实验操作整体的研究与分析，其技术具备的电催化性能，主要是葡萄糖电氧化为依据，观察了复合电极素材的电化学性能。结合实验过程中显微镜下的图像，可以说明空白ITO对于葡萄糖从根本意义上来说是没有催化影响的，而碳管载体对葡萄糖的电催化氧化活性比较小。Cu/CNT/ITO纳米结构复合电极在葡萄糖进行的电氧化催化工作，主要是在十0.20V中，葡萄糖实施氧化，在+0.45V处，获取最大的峰值。

此实验根据电化学的方案制备了碳管载体薄膜，在此载体上的电沉积金属铜创造了相应的复合电极素材，同时研究对葡萄糖的电催化性能。其结果表明，此复合电极素材对葡萄糖有一定的催化能力，碳管载体可以有效的提升负载铜的表面积和分散型，以此提升负载铜的葡萄糖电催化活性【4】。

结束语

综上所述，在研究金属纳米结构电极素材的安装和性能研究的过程中，本文主要是分析了三种方案：晶种生长法制造了新形势的核壳结构铂金纳米电极素材、电沉积可以制造金属纳米结构以及电化学法制备的碳管负载铜纳米结构复合电极素材对葡萄糖的电催化性能。以上几种形式可以有效的制造金属纳米结构电极素材，并且在不断研究和分析的过程中，为其金属纳米结构电极素材的安装等工作奠定了有效的基础，更为其技术的研究工作提供了一定的数据和方向。金属纳米结构电极素材在实际发展的过程中，在多方面领域中应用，因此对其材料的装备和性能研究是发展的必然需求。

参考文献：

[1]李昕.金属纳米结构电极材料的制备及性能研究[D].吉林大学，2011.

[2]邓玲娟.过渡金属氧化物/石墨烯纳米电极材料制备及其电容性质研究[D].陕西师范大学，2013.

[3]陈浩.金属氧化物（氢氧化物）纳米结构材料的制备及其在光电探测器和超级电容器中的应用[D].复旦大学，2013.

[4]胡菁.纳米结构电极材料的制备及超级电容性能研究[D].中南大学，2013.