硼碳氮系有序介孔材料的製備與電化學生物感測研究

《硼碳氮系有序介孔材料的製備與電化學生物感測研究》是依託山東大學，由尹龍衛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硼碳氮系有序介孔材料的製備與電化學生物感測研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：尹龍衛
• 依託單位：山東大學

中文摘要

以SBA-15為硬模板，以甲胺和三氯環硼氮烷作硼和氮的前軀體，製備硼碳氮有序介孔材料，高溫氧化得到介孔氮化硼；以CMK-3為模板與氧化硼發生高溫反應，控制前軀體組分配比合成 BCN、BN有序介孔材料。利用吸附-脫附分析、IR、XRD、TEM、HRTEM、FE-SEM等系統地分析硼碳氮系多元有序介孔材料的微觀結構。探討適宜有機官能團實現對硼碳氮系介孔材料的化學功能修飾。利用恆流進行充放電研究和循環伏安法深入揭示硼碳氮系有序介孔材料的儲氫機理及物理化學內涵。將硼碳氮系介孔材料套用於生物感測器,採用吸附法將葡萄糖氧化酶分子固定到有序介孔材料中，製備葡萄糖電化學感測器。深入研究硼碳氮系有序介孔材料修飾電極酶感測器的電化學特性與物理化學過程。利用硼碳氮系有序介孔材料對葡萄糖氧化物酶的直接電催化及共同對H2O2的電催化,提高電極的靈敏度及穩定性,研製性能良好的硼碳氮系有序介孔材料修飾酶過氧化氫感測器。

結題摘要

硼碳氮系介孔材料因其優異性能和潛在的套用前景吸引了國內外科學家的廣泛關注。如何實現硼碳氮材料的宏量製備、摻雜、修飾、結構調控是需要迫切解決的課題。本項目分別對氮化硼納米管(BNNTs)、氮摻雜介孔碳(OMC)、多元金屬修飾OMC、金屬氧化物/OMC材料、金屬離子摻雜氧化物等的製備，及其在生物感測、儲氫、鋰離子電池、光催化、燃料電池等的套用進行了系統的研究。以化學方法採用Pani對BNNTs進行功能修飾，製備了GC/BNNTs-Pani-Pt-GOD生物感測器；以貴金屬納米粒子均質修飾OMC，提高了材料的電化學儲氫性能，所製備NiFex/OMC、PtRu/OMC材料的儲氫能力為411.8 - 422 mAh/g；將PtFex納米粒子修飾OMC套用於燃料電池，PtFe3/OMC的電流密度為0.66 mA/cm2，功率密度為237.2 mW/cm2；Mn3O4/OMC鋰離子電池負極材料表現出優異的倍率性能和循環穩定性，50個循環後比容量保持為802mAhg-1，是Mn3O4的5.4倍；設計了介孔氧化錫負極材料，在40次循環後，放電容量為557 mAhg-1，庫倫效率達到99%以上；採用一步和兩步化學反應法實現了對NiO/OMC複合結構的控制，20NiO/CMK-3材料到50循環時，容量穩定在750mAhg-1，在1600mAg-1的大電流密度下，能保持200mAhg-1的容量；MoO2/OMC的首次放電容量1641.8 mAhg-1，首次庫倫效率63.6 %，50個循環後仍保持1049.1mAh g-1的容量，1600 mAg-1的高電流密度下，50個循環後容量保持在600 mAhg-1，是純OMC的11倍；系統研究了摻雜介孔TiO2材料的製備與光催化性能，實現了對TiO2結構、比表面的控制，隨著W含量的增加，W摻雜的介孔TiO2樣品的光吸收邊逐漸向較低的能帶轉移，主要歸因於電荷在金屬離子電子和TiO2導帶或價帶間的轉移，W摻雜減小了光生電子空穴複合幾率，將其光回響區間移至可見光區，提高了介孔TiO2的光催化活性。本項目在J Mater Chem, Appl Phys Lett, Carbon, J Phys Chem C, Inter J Hydrogen Energy, ACS Appl Mater Inter，Mater Chem Phys等期刊共發表論文18篇。