發(fā)布時間：2018-06-20 01:57

  本文選題：ZnO多級結(jié)構(gòu) + Au納米顆粒　； 參考：《西北工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：納米材料獨特和迷人的性能引發(fā)了科學(xué)家們巨大的探索動機。ZnO是多功能的半導(dǎo)體材料，由于具有獨特的光、電性能，已經(jīng)被廣泛的用在許多領(lǐng)域，例如，納米激光器、發(fā)光二極管、壓電納米發(fā)動機、表面聲波器件、透明的導(dǎo)電材料和太陽能電池等。同時，由于它的生物相容性、無毒、物理和化學(xué)穩(wěn)定性等，ZnO在構(gòu)建化學(xué)和生物傳感器上也是最有希望的材料之一。納米材料的性能與其形貌、尺寸和結(jié)晶性密切相關(guān)，因此，通過調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的形貌、微觀尺寸等，實現(xiàn)對材料性能的調(diào)控，對進一步開拓材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。由低維納米材料作為初級結(jié)構(gòu)單元組裝而成的多級結(jié)構(gòu)由于具有特殊形貌、尺寸和層次在諸多的應(yīng)用領(lǐng)域都顯示了優(yōu)化的性能，已經(jīng)受到了研究者們廣泛的關(guān)注。設(shè)計和制備具有特殊形貌、尺寸的多級結(jié)構(gòu)微/納米材料，并研究材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系是研究多級結(jié)構(gòu)納米材料的重要方向之一。本論文以檸檬酸鈉作為結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，采用簡單的一步溶液法，實現(xiàn)了ZnO納米材料的可控制備，提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)的控制形成機理，進而獲得了三維多級結(jié)構(gòu)的多孔空心ZnO微球，，并實現(xiàn)了它們在生物傳感器上的應(yīng)用；最后，設(shè)計合成了具有三明治結(jié)構(gòu)的三維ZnO-石墨烯納米復(fù)合材料，并探討了該復(fù)合材料作為超級電容器電極材料的電化學(xué)性能，獲得了較好的結(jié)果。具體內(nèi)容如下： （1）以溶液過程為基礎(chǔ)，選用檸檬酸鈉為結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，控制合成了ZnO微納米結(jié)構(gòu)，采用FESEM, TEM, XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了表征，詳細考察了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)形成的影響，研究結(jié)果表明，檸檬酸鈉的濃度對ZnO的形貌和晶體結(jié)構(gòu)有重要的影響�；�于所得的實驗與表征結(jié)果，我們提出了檸檬酸根離子對ZnO微納米結(jié)構(gòu)的控制形成機理。 （2）在檸檬酸鈉的輔助下，控制合成了由低維的ZnO納米片組裝而成的具有三維多級結(jié)構(gòu)的多孔空心ZnO微球，采用FESEM, TEM, XRD和FT-IR等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征,揭示了產(chǎn)物的形貌和晶體結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)時間的變化，在最佳的反應(yīng)條件下，獲得的多孔的ZnO空心微球的直徑約為2-3μm，比表面積為117.36m2g1，平均孔體積為0.50cm3g1�；�于研究結(jié)果，我們提出了多孔空心ZnO微球的形成機理。 （3）構(gòu)建了基于多孔空心ZnO微球的葡萄糖生物傳感器。采用Au納米顆粒（AuNPs）修飾所合成的三維ZnO多級結(jié)構(gòu)，成功合成了AuNPs高密度且高度分散的Au-ZnO納米復(fù)合材料，以Au-ZnO納米復(fù)合材料作為基體固定葡萄糖氧化酶（GOD），構(gòu)建了一個具有生物相容性的、新型的葡萄糖傳感器。由于Au-ZnO納米復(fù)合材料具有高的比表面積、良好的生物相容性以及快速的電荷轉(zhuǎn)移能力，因而獲得了GOD的直接的電荷轉(zhuǎn)移（DET）。所構(gòu)建的傳感器具有抗污染性能好、敏感性高、檢測限低和穩(wěn)定性好的特點。 （4）采用生物相容性的Au-ZnO納米復(fù)合材料修飾玻碳電極（GCE），構(gòu)建了基于多孔空心ZnO微球的多巴胺（DA）生物傳感器。由于多級結(jié)構(gòu)的多孔ZnO所具有的高的比表面積以及AuNPs高的催化活性，所制備的多巴胺生物傳感器顯示了高的靈敏性、低的檢測限和寬的線性范圍。 （5）采用三維ZnO多級結(jié)構(gòu)作為傳感平臺，殼聚糖（CS）作為成膜材料，制備ZnO-CS修飾電極，將AuNPs均勻分散在ZnO-CS膜上，建立新型的、無標記的DNA傳感器。由于電極表面的AuNPs/ZnO-CS膜具有較大的比表面積和較好的導(dǎo)電性，該傳感器顯示了明顯的信號放大和低的檢測限。 （6）發(fā)展了基于ZnO-石墨烯納米復(fù)合粒子的超級電容器。采用簡單的一步濕化學(xué)方法，在石墨烯表面原位形成ZnO，成功制備了具有獨特的三明治結(jié)構(gòu)的ZnO-石墨烯納米復(fù)合材料，由于ZnO大的比表面積提供了更多的活性點，納米復(fù)合粒子獨特的三明治結(jié)構(gòu)提供了便利的離子運輸通道，因此所制備的ZnO-石墨烯納米復(fù)合粒子是理想的超級電容器的電極材料，用作超級電容器時，獲得了較好的電化學(xué)性能，所制備的超級電容器在電流密度為1Ag-1時，比電容為786F g1，循環(huán)500圈后，電容保持率在92%以上。
[Abstract]:The unique and fascinating properties of nanomaterials have triggered the great exploration motivation of scientists,.ZnO is a versatile semiconductor material. Due to its unique light and electrical properties, it has been widely used in many fields, such as nanowire, light emitting diode, piezoelectric nano generator, surface acoustic wave device, transparent conductive material and solar energy. At the same time, because of its biocompatibility, non-toxic, physical and chemical stability, ZnO is one of the most promising materials in the construction of chemical and biological sensors. The properties of nanomaterials are closely related to their morphology, size and crystallinity. Therefore, the properties of the materials are achieved by adjusting the morphology and microsize of the nanometers. Regulation is of great significance to the further development of material applications. The multilevel structures, composed of low dimensional nanomaterials as primary structural units, have shown the optimal performance in many applications due to their special morphology, size and level, which have been widely concerned by researchers. The multi structure micro / nano material and the study of the relationship between the structure and properties of the material are one of the important directions to study the structure and properties of the multi-stage structure. This paper uses sodium citrate as a structural regulator and a simple one step solution method to realize the controllable preparation of ZnO nanomaterials. The citrate ion to ZnO microsatellite is put forward. The formation mechanism of the structure of rice is controlled, and then the porous hollow ZnO microspheres with three-dimensional multistage structure are obtained, and their application on the biosensor is realized. Finally, a three-dimensional ZnO- graphene nanocomposite with sandwich structure is designed and synthesized, and the electrochemical properties of the composite as the electrode material of the supercapacitor are discussed. Good results can be obtained. The details are as follows:
(1) based on the solution process and using sodium citrate as a structural regulator, ZnO micro nanostructures were synthesized. The structure of the products was characterized by FESEM, TEM, XRD and FT-IR. The effects of citrate ions on the formation of ZnO micro nanostructures were investigated in detail. The results showed that the concentration of sodium citrate on the morphology of ZnO and the morphology of the ZnO. Based on the experimental and characterization results, we proposed the formation mechanism of citrate ions controlling the microstructure of ZnO.
(2) under the assistance of sodium citrate, a porous hollow ZnO microsphere composed of low dimensional ZnO nanoscale was synthesized. The structure and morphology of the products were characterized by means of FESEM, TEM, XRD and FT-IR. The morphology and crystal structure of the products were revealed with the change of reaction time, and the best reaction was made. Under the conditions, the diameter of the porous ZnO hollow microspheres is about 2-3 mu m, the specific surface area is 117.36m2g1, and the average pore volume is 0.50cm3g1. based on the results of the study. We put forward the formation mechanism of porous hollow ZnO microspheres.
(3) a glucose biosensor based on porous hollow ZnO microspheres was constructed. A three-dimensional ZnO multistage structure modified by Au nanoparticles (AuNPs) was used to synthesize a AuNPs high density and highly dispersed Au-ZnO nanocomposite. A Au-ZnO nanocomposite was used as a substrate to immobilize glucose oxidase (GOD). Due to the high specific surface area, good biocompatibility and fast charge transfer ability of Au-ZnO nanocomposites, the direct charge transfer (DET) of GOD is obtained. The sensor has the advantages of good pollution resistance, high sensitivity, low detection limit and good stability. Point.
(4) a biocompatible Au-ZnO nanocomposite modified glassy carbon electrode (GCE) was used to construct a dopamine (DA) biosensor based on porous hollow ZnO microspheres. Due to the high specific surface area and high AuNPs catalytic activity of multistage porous ZnO, the prepared dopamine biosensor showed high sensitivity and low sensitivity. The detection limit and the wide linear range.
(5) the three-dimensional ZnO multistage structure is used as the sensing platform, and the chitosan (CS) is used as a film forming material to prepare the ZnO-CS modified electrode, and the AuNPs is evenly distributed on the ZnO-CS membrane, and a new and unmarked DNA sensor is established. The sensor shows obvious specific surface area and good conductivity because of the AuNPs/ZnO-CS film on the surface of the electrode. Signal amplification and low detection limit.
(6) a supercapacitor based on ZnO- graphene nanocomposite particles is developed. A simple one step wet chemical method is used to form a ZnO in situ on the surface of graphene. A unique sandwich structure of ZnO- graphene nanocomposite has been successfully prepared. Because of the specific surface product of ZnO, more active points are provided, and the nanocomposite particles are unique. The sandwich structure provides a convenient ion transport channel. Therefore, the prepared ZnO- graphene nanocomposite particles are the ideal electrode materials for the supercapacitor. When used as supercapacitors, the prepared supercapacitor has achieved good electrochemical performance. The prepared supercapacitor, when the current density is 1Ag-1, is 786F G1, and after 500 cycles of cycle, electricity is used. The retention rate is above 92%.
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O614.241

【共引文獻】

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本文編號：2042390