几种形貌ε-MnO2的合成、表征以及传感器构建

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二氧化锰(MnO2)物理化学性质稳定,晶型和形貌的多样使得它在催化、分子吸附、离子交换、超级电容器等领域应用广泛。胭脂红是一种偶氮类食品色素,如过量使用会对人体造成伤害。过氧化氢(H2O2)具有较强的氧化性,常用作杀菌、消毒剂,同时它也是生物体内常见的一种代谢物。因此,对它们的检测在生产生活中都非常重要。基于上述原因,本文的研究工作主要有以下几点:1、通过无模板法和前驱体转换法合成实心球、空心球、实心立方体、空心立方体ε-MnO2。通过扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、显微拉曼光谱(Raman)、比表面积(BET)、Zeta电位对材料进行了必要的表征。2、通过滴涂法将实心球、空心球ε-MnO2修饰在裸玻碳电极(GCE)表面构建胭脂红电化学传感器。通过循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)探究电化学性能。实验表明,在浓度为0.1 mol L–1 pH值等于2.0的HAc/NaAc缓冲溶液中,用1.2 V的富集电位,富集400 s,空心球ε-MnO2修饰电极在检测胭脂红方面具有更宽的线性范围(0.001–1μmol L–1,1–1200μmol L–1),更高的灵敏度(1219.90μA mM–1,621.50μA mM–1)以及更低的检测限(0.022 nmol L–1),这主要得益于空心球ε-MnO2具有更大的比表面积,有助于吸附更多的胭脂红。此外,该传感器还具有优异的选择性、稳定性和重现性,用于实际样品测定取得和高效液相色谱(HPLC)一致的结果。3、将实心球、实心立方体、空心立方体ε-MnO2修饰在GCE上构建H2O2传感器。通过循环伏安法(CV)、电流-时间(i-t)法、计时电流法(CA)、电化学阻抗谱(EIS)等方法表征了它们的电化学性能。结果显示这些ε-MnO2材料对H2O2的电催化活性顺序为:空心立方体ε-MnO2/GCE>实心立方体ε-MnO2/GCE>实心球ε-MnO2/GCE。经探究,催化活性与BET比表面积、电化学活性面积、带电荷量无必然关系,导电性和高反应活性晶面的数量是影响催化活性的决定性因素;立方体ε-MnO2的反应速率常数(K)值远远大于球形ε-MnO2,这是因为立方体形貌能与电极平面更有效地接触,使得电极与材料的接触电阻更小,导致更快的电子转移速率。此外,该传感器还具有良好的选择性、稳定性和重现性,用于实际样品检测时取得满意的结果。
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