静电纺丝技术的硅钨酸负载氧化锌催化剂的制备及催化性能研究
摘 要本论文采用静电纺丝法及焙烧过程制备SiWA/ZnO纳米纤维，运用扫描电镜（SEM）和傅立叶红外光谱（FT-IR）对纤维的形貌及结构进行表征。采用滴涂法在GCE电极表面沉积SiWA/ZnO纳米纤维。并用循环伏安法和差示脉冲法研究了该修饰电极的电催化性质。实验结果表明，该电极对碘酸钾（KIO3）的响应速度快、稳定好、检测灵敏度高，能实现快速准确的测定。碘酸钾在5.000×10?9 ~ 1.999×10?5 mol/L浓度范围，与修饰电极上的电流响应信号值呈良好的线性关系，检出限为1.670×10?9 mol/L。该方法为检测食品中的碘酸盐提供了理论基础。
目 录
1.前言 1
1.1纳米材料的概述 1
1.1.1 纳米材料及其特性 1
1.1.2 纳米材料的制备 2
1.2 静电纺丝技术的简介 3
1.2.1静电纺丝技术的发展历程 3
1.2.2静电纺丝技术工艺流程 4
1.2.3静电纺丝技术的机理以及优点 4
1.2.4静电纺丝纤维的应用概况 6
1.2.5静电纺丝制备的纳米材料在食品安全分析中的应用 7
1.3电化学分析方法在食品安全中的应用概况 8
1.3.1电化学分析法 8
1.3.2电化学分析在食品添加剂、农药残留检测上的应用 9
1.3.3电化学分析方法的发展方向—电化学传感器的应用 9
1.4 本论文的研究内容和意义 10
2.实验部分 11
2.1仪器与试剂 11
2.2 实验方法 11
2.2.1 SiWA—ZnO纳米纤维的制备 11
2.2.2 SiWA/ZnO/GCE电极的制备 11
2.2.3电化学测试方法 12
3.结果与表征 13
3.1 SiWA—ZnO纳米纤维表面形貌及结构表征 13
3.2 SiWA/ZnO/GCE电极的直接电化学研究 14
3.3电解质酸度对修饰电极催化的影响 15
3.4 SiWA/ZnO/GCE电极对碘酸钾的直接电催化 16
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3.5 线性范围与检出限 17
3.6 SiWA/ZnO/GCE电极的稳定性与重现性 17
4.结论 18
参考文献 19
致谢 21
1. 前言
1.1纳米材料的概述
1990年诞生的纳米材料技术是一个崭新的科学范畴。从那以后世界各地科学家开始踊跃参预到纳米材料技术的研究中，使得纳米材料制备技术的开发研制、特殊性质特征的研究以及在现实情况的使用方面都得到了迅猛的发展。伴随着纳米材料技术的迅猛发展，不仅仅为具有微型化的电子产业带来了革命性的发展，同样也为普通的生物、化学、物理、医学等科学畛域带来了史无前例的发展前景。
1.1.1 纳米材料及其特性
所谓的纳米材料是纳米级109m的超细纳米晶粒。纳米材料的微粒大小在原子簇和普通微粒之间，一般情况下为1—100nm。它包含两个部分：有数个相近体积分数的纳米级直径粒子和相近体积分数的粒子之间的界面。拥有较长程序是前一个晶状结构的特征，而长程序和短程序都不含有的呈现出无序结构是后一个晶状结构的特征[1,2]。
纳米材料包含纳米晶粒和由其引发的高浓度的晶界这两个特征。其中纳米级晶粒的原子排布不可以处理为无限长程有序的排布,一般情况下，大晶体的连续能带分裂可以分成相近于份子轨道的能级,高浓度的晶界和晶界原子的特定结构组织导致改变了材料的磁性、光学、机械性能、超导电性、介电性[35]。纳米材料是由相同的原子构成，和一般的陶瓷材料，金属材料，固体材料保持不变，但是由于纳米材料的原子形成了纳米簇，从而形成了构成新型材料的结构单元或者结构粒子。一个包含约900个原子的集群的直径大概为3nm，尺寸比例很小 [6]。
纳米材料，电子的原子和波形之间的相互作用，受大小的影响。当物质处于这个尺度下时，它将呈现不同的特性：（1）表面效应：纳米材料会出现表面原子数，表面积和表面能大幅增加的现象和剩余悬间导致的不饱和性质[7]。同时，表面的原子具有高度的活性和高挥发性，他们可以很容易的与外界的原子结合从而形成稳定的结构。（2）体积效应[8]：由于纳米颗粒的小尺寸，原子不多是很自然的，所以许多现象不能用很多原子构成的物质来说明，这种现象就是纳米材料的体积效应（3）量子尺寸效应[9]：指纳米粒子的磁，光，电，声，电加热和超导电性与体材料明显不同的现象，导致这一现象的原因是费米能级附近的电子能级因粒子减小到一定值时由连续变成离散或者能隙变宽。（4）宏观量子隧道效应：指微观粒子的总能量虽然少于势垒高度，但是依然能穿越这一势垒的能力。
1.1.2 纳米材料的制备
晶体的线形生长是纳米结构的形成本质。通常情况制备纳米材料有两个基本的步骤：（1）成核过程，构筑基本单元通过均相成核作用而使其聚集成小簇（2）成长过程，将作为晶种的这些小簇进一步生长形成。普遍的认为，完美晶体更容易规则化排列，形成一个长程有序的结晶结构，这就要求我们在固体表面和流动相（气、溶液或熔体）建筑的基本单元之间的路径是可逆的。另一方面，在可控的浓度下基本单元的生长必须控制成规则的形貌和均匀的组分。如今，有多种多样的方法来构筑纳米结构，这些方法的原理、所需要的条件以及生长机理各不相同。主要有以下几种方法：
（1）模板法
在纳米材料的合成中，模板法是一种更直接的方法。纳米材料的尺寸和形状的调控，可以通过模板的限域能力来实现。同时，模板法和电化学沉积，化学气相沉积，化学气相沉积，化学聚合法等结合设计和组装成各种拥有新物性的纳米材料。
（2）气液固生长法
这种方法是将所需的原料源加热成蒸汽扩散到催化剂表面形成团簇，从而进行生长形成纳米结构。催化剂颗粒的直径决定了用这种方法制备的纳米纤维的直径。
（3）自组装法
自组装法是利用分子活性基团间的相互作用，聚合成纳米结构的方法。虽然已经有很多研究纳米自组装及其可行性方法，但是现在我们依旧在探索它们的实用性和可控性。
（4）静电纺丝法
目前，静电纺丝的方法是微纳米纤维制备的基本方法中最重要的，该技术的核心是通过静电场时，聚合物溶液的流动，变形以及溶剂蒸发时发生的固化，从而得到我们所需要的纤维材料。纤维直径非常细是该方法制备的纤维的主要特点，并且由这种纤维形成的具有较大比表面积的无纺布是一种具有微纳米孔的多孔材料，拥有广泛的应用前景。
目 录
1.前言 1
1.1纳米材料的概述 1
1.1.1 纳米材料及其特性 1
1.1.2 纳米材料的制备 2
1.2 静电纺丝技术的简介 3
1.2.1静电纺丝技术的发展历程 3
1.2.2静电纺丝技术工艺流程 4
1.2.3静电纺丝技术的机理以及优点 4
1.2.4静电纺丝纤维的应用概况 6
1.2.5静电纺丝制备的纳米材料在食品安全分析中的应用 7
1.3电化学分析方法在食品安全中的应用概况 8
1.3.1电化学分析法 8
1.3.2电化学分析在食品添加剂、农药残留检测上的应用 9
1.3.3电化学分析方法的发展方向—电化学传感器的应用 9
1.4 本论文的研究内容和意义 10
2.实验部分 11
2.1仪器与试剂 11
2.2 实验方法 11
2.2.1 SiWA—ZnO纳米纤维的制备 11
2.2.2 SiWA/ZnO/GCE电极的制备 11
2.2.3电化学测试方法 12
3.结果与表征 13
3.1 SiWA—ZnO纳米纤维表面形貌及结构表征 13
3.2 SiWA/ZnO/GCE电极的直接电化学研究 14
3.3电解质酸度对修饰电极催化的影响 15
3.4 SiWA/ZnO/GCE电极对碘酸钾的直接电催化 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
3.5 线性范围与检出限 17
3.6 SiWA/ZnO/GCE电极的稳定性与重现性 17
4.结论 18
参考文献 19
致谢 21
1. 前言
1.1纳米材料的概述
1990年诞生的纳米材料技术是一个崭新的科学范畴。从那以后世界各地科学家开始踊跃参预到纳米材料技术的研究中，使得纳米材料制备技术的开发研制、特殊性质特征的研究以及在现实情况的使用方面都得到了迅猛的发展。伴随着纳米材料技术的迅猛发展，不仅仅为具有微型化的电子产业带来了革命性的发展，同样也为普通的生物、化学、物理、医学等科学畛域带来了史无前例的发展前景。
1.1.1 纳米材料及其特性
所谓的纳米材料是纳米级109m的超细纳米晶粒。纳米材料的微粒大小在原子簇和普通微粒之间，一般情况下为1—100nm。它包含两个部分：有数个相近体积分数的纳米级直径粒子和相近体积分数的粒子之间的界面。拥有较长程序是前一个晶状结构的特征，而长程序和短程序都不含有的呈现出无序结构是后一个晶状结构的特征[1,2]。
纳米材料包含纳米晶粒和由其引发的高浓度的晶界这两个特征。其中纳米级晶粒的原子排布不可以处理为无限长程有序的排布,一般情况下，大晶体的连续能带分裂可以分成相近于份子轨道的能级,高浓度的晶界和晶界原子的特定结构组织导致改变了材料的磁性、光学、机械性能、超导电性、介电性[35]。纳米材料是由相同的原子构成，和一般的陶瓷材料，金属材料，固体材料保持不变，但是由于纳米材料的原子形成了纳米簇，从而形成了构成新型材料的结构单元或者结构粒子。一个包含约900个原子的集群的直径大概为3nm，尺寸比例很小 [6]。
纳米材料，电子的原子和波形之间的相互作用，受大小的影响。当物质处于这个尺度下时，它将呈现不同的特性：（1）表面效应：纳米材料会出现表面原子数，表面积和表面能大幅增加的现象和剩余悬间导致的不饱和性质[7]。同时，表面的原子具有高度的活性和高挥发性，他们可以很容易的与外界的原子结合从而形成稳定的结构。（2）体积效应[8]：由于纳米颗粒的小尺寸，原子不多是很自然的，所以许多现象不能用很多原子构成的物质来说明，这种现象就是纳米材料的体积效应（3）量子尺寸效应[9]：指纳米粒子的磁，光，电，声，电加热和超导电性与体材料明显不同的现象，导致这一现象的原因是费米能级附近的电子能级因粒子减小到一定值时由连续变成离散或者能隙变宽。（4）宏观量子隧道效应：指微观粒子的总能量虽然少于势垒高度，但是依然能穿越这一势垒的能力。
1.1.2 纳米材料的制备
晶体的线形生长是纳米结构的形成本质。通常情况制备纳米材料有两个基本的步骤：（1）成核过程，构筑基本单元通过均相成核作用而使其聚集成小簇（2）成长过程，将作为晶种的这些小簇进一步生长形成。普遍的认为，完美晶体更容易规则化排列，形成一个长程有序的结晶结构，这就要求我们在固体表面和流动相（气、溶液或熔体）建筑的基本单元之间的路径是可逆的。另一方面，在可控的浓度下基本单元的生长必须控制成规则的形貌和均匀的组分。如今，有多种多样的方法来构筑纳米结构，这些方法的原理、所需要的条件以及生长机理各不相同。主要有以下几种方法：
（1）模板法
在纳米材料的合成中，模板法是一种更直接的方法。纳米材料的尺寸和形状的调控，可以通过模板的限域能力来实现。同时，模板法和电化学沉积，化学气相沉积，化学气相沉积，化学聚合法等结合设计和组装成各种拥有新物性的纳米材料。
（2）气液固生长法
这种方法是将所需的原料源加热成蒸汽扩散到催化剂表面形成团簇，从而进行生长形成纳米结构。催化剂颗粒的直径决定了用这种方法制备的纳米纤维的直径。
（3）自组装法
自组装法是利用分子活性基团间的相互作用，聚合成纳米结构的方法。虽然已经有很多研究纳米自组装及其可行性方法，但是现在我们依旧在探索它们的实用性和可控性。
（4）静电纺丝法
目前，静电纺丝的方法是微纳米纤维制备的基本方法中最重要的，该技术的核心是通过静电场时，聚合物溶液的流动，变形以及溶剂蒸发时发生的固化，从而得到我们所需要的纤维材料。纤维直径非常细是该方法制备的纤维的主要特点，并且由这种纤维形成的具有较大比表面积的无纺布是一种具有微纳米孔的多孔材料，拥有广泛的应用前景。
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