富勒烯材料修饰电极的制备及其在电催化中的应用1-应用化学专业论文.docxVIP

富勒烯材料修饰电极的制备及其在电催化中的应用 富勒烯材料修饰电极的制备及其在电催化中的应用 万方数据 万方数据 富勒烯材料修饰电极的制备及其在电催化中的应用 摘 要 对富勒烯（C60）进行功能化后，通过组装方法获得比表面积大、 性质稳定、利于纳米金属颗粒均匀分散的基底材料，以此制备导电性 能高、电化学活性面积大的修饰电极，并应用于直接甲醇燃料电池和 电化学生物传感器。 首先，合成系列富勒烯衍生物及测定其电化学性质。通过经典 Prato 反应制备系列功能化富勒烯——含有吸电子、供电子基团的富 勒烯吡咯烷衍生物，利用电化学循环伏安法及密度泛函理论(DFT)计 算研究了取代基效应与 LUMO 能级之间的关系，并构建了 C60 衍生 物的 LUMO 轨道和 Hammett 取代基常数之间的线性关系。 其次，研究基于富勒烯材料修饰电极的生物传感器的构建及应 用。通过再沉淀法得到 C60 纳米颗粒，并以浸提法转移至玻碳电极表 面，经简单的电沉积法将纳米片状铂沉积于富勒烯修饰电极上，构建 负载纳米片铂的富勒烯修饰电极。以所构建的修饰电极作为电化学生 物传感器，实现了多巴胺（DA）、抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）的 同时测定。利用纳米铂与富勒烯之间的协同作用，从而提高电极的电 子传递能力和电催化性能，使构建的生物传感器具有灵敏度高、重现 性好、稳定性高的优点。 最后，研究了富勒烯材料在直接甲醇燃料电池（DMFCs）中的 I 应用。成功制备了含有吡啶基 C60 的纳米片状自组装结构，并通过电 沉积法在富勒烯材料表面负载了纳米薄片的金属铂（Pt/PyC60），应用 于 DMFCs 中的甲醇氧化反应。通过系列的电催化性能对比测试，所 制备的 Pt/PyC60 展示出了远优于无载体纳米片铂和商业 Pt/C 催化剂 的电催化活性和稳定性。结构化富勒烯作为新型载体的引入，使得纳 米铂催化剂具有分散性高、电化学活性面积大的优点，而且载体和催 化剂之间的协同作用使得催化剂的性能大大提高。此外，还探索了多 功能团富勒烯衍生物作为载体对催化剂性能的影响。 关键词：富勒烯材料；电化学生物传感器；直接甲醇燃料电池； 电催化 II FABRICATION OF FULLERENE MODIFIED ELECTRODE AND ITS ELECTROCATALYTIC APPLICATION ABSTRACT After functionalizing, fullerenes were used as substrate material through the assembly method, with large specific surface area, good stability, and excellent in metal dispersion. Then subsequently used for preparation of modified electrode with high conductivity and large electrochemical active area, to apply in direct methanol fuel cells (DMFCs) and electrochemical biosensor. Firstly, a series of functional fullerene derivatives containing electron-withdrawing or electron-donating group were synthesized through classic Prato reaction. Cyclic voltammetry and Density Functional Theory (DFT) were utilized to investigate the relationship between substituent effect and LUMO energy level. Meanwhile, a linear correlation between the LUMO orbitals of fullerenes and the Hammett constants of substituents was established. Subsequently, before used for substrate material, C60 nanoparticles were obtained through reprecipitation and transferred onto the glassy carbon electrode by dip-attaching. T