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中科院:納米材料增強電化學性能的機制 助力水中微污染物高靈敏檢測
國內市場 時間:2019-05-20

5月20日,記者了解到,中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所博士后楊猛等人發現多孔花狀的NiO/rGO納米復合材料表面Ni(II)/Ni(III)循環增強電分析性能,并實現了對水中微污染物Pb(II)的高靈敏檢測。相關成果發表在Sensors and Actuators B: Chemical 雜志上。

中科院:納米材料增強電化學性能的機制 助力水中微污染物高靈敏檢測

突出部分


利用多孔花狀nio/rgo納米復合材料實現了pb(ii)的敏感電化學檢測。


良好的吸附和表面的ni(ii)/ni(iii)周期nio/rgo改善了電化學性能。


所設計的電化學傳感器具有較高的抗干擾能力。


該方法成功地應用于實際廢水樣品中的pb(ii)檢測。


本文結合氧化石墨烯(氧化石墨烯)的高吸附性和導電性,利用多孔花狀納米復合材料修飾玻璃碳電極(gce)構建了電化學傳感界面。采用方波陽極剝離伏安法(swasv),在92.81μmμa?1的高靈敏度和0.01μm的低檢測極限下,得到了pb(ii)的檢測結果。合理的提高電化學性能的敏感機制是納米納米復合材料表面優異的吸附能力和鎳(ii)/ni(iii)循環能改善電化學檢測信號。該方法對cd(ii)、cu(ii)、hg(ii)共存中pb(ii)的測定具有較高的抗干擾性。通過反復試驗,驗證了該方法的良好穩定性和重現性。并對合肥市陶沖廢水處理廠實際水樣中的pb(ii)濃度進行了分析和準確計算。結果表明,在電化學傳感器中,nio/rgo納米復合材料作為一種極有希望的電極修飾劑可用于pb(ii)的檢測。


鎳基金屬氧化物微/納結構材料由于其特有的催化、吸附和磁學等性能而受到廣泛的關注,其在電化學分析檢測重金屬離子中也有著廣泛的應用。長期以來,電化學分析都以追求高的靈敏度和低的檢測限為目標,而其中增強電化學性能的敏感機制卻不明確,揭示納米材料增強電化學性能的機制,并探索其物性與檢測重金屬離子電化學行為之間的關系對于構筑敏感界面具有重要的指導意義。

中科院:納米材料增強電化學性能的機制 助力水中微污染物高靈敏檢測

基于NiO/rGO 納米復合材料優異吸附性能及表面Ni(II)/Ni(III)靈敏檢測Pb(II)的示意圖


基于此,研究人員將具有良好導電性的還原氧化石墨烯(rGO)與NiO復合,制備了多孔花狀NiO/rGO納米復合材料,利用其構筑的電化學敏感界面實現了對污水中Pb(II)的靈敏檢測。通過高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、X射線衍射(XRD)、拉曼(Raman)、X射線光電子能譜(XPS)等多種技術揭示了NiO/rGO納米復合材料活性位點與電化學傳感性能的構效關系。


此外,XPS分析和電化學實驗證明了表面活性Ni(II)是以Ni(II)/Ni(III)循環參與到Pb(II)的氧化還原中,從而提高檢測Pb(II)的靈敏度。rGO的引入,使得NiO/rGO的導電性明顯提高,使得Ni(II)/Ni(III)循環誘導產生的自由電子轉移效率提高,得到更強溶出電流信號。該工作驗證了NiO/rGO納米復合材料中Ni(II)/Ni(III)離子循環在重金屬離子檢測中作為氧化還原通道,有效增強電化學分析性能的機制。研究結果為開發新型氧化物納米材料用于高靈敏檢測水環境中的重金屬離子提供新的思路。


該研究工作得到博士后創新人才支持計劃、國家自然科學基金重點項目、合肥研究院“十三五”規劃重點支持項目等的支持。


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