一步法制备钯纳米粒子修饰的多孔金电极及其对溶解氧的电催化.pdf

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1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究快报第12期2010年12月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1687一169lDOI：10．3724／SP．J．1096．2010．01687一步法制备钯纳米粒子修饰的多孔金电极及其对溶解氧的电催化徐晓龙1’2郏建波2杨秀荣“’2董绍俊砣1(中国科学技术大学化学系，合肥230026)2(中科院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室，长春130022)摘要建立了只需一步操作即可完成在抛光洗净的金微盘阵列电极上进行多孔化处理和钯纳米粒子修饰的方法。通过对金微盘电极连续施加3个电位，分别实现金

2、的氧化、金的还原和电沉积钯纳米粒子。利用扫描电镜和电化学方法监控制备过程，得到的结果证实了本方法的可行性和有效性。考察了溶液pH值与氧化时间对结果的影响，在磷酸盐缓冲溶液(pH7)中氧化90S，得到的修饰电极的电化学活性面积是裸电极的42倍。同时，由于整个过程不需要更换溶液，且只需开启一次仪器，大大简化了实验操作。将制备的修饰电极用于溶解氧的电催化，对溶解氧的灵敏度达到0．1mA·L／(cm2·mg)．优于文献报道结果。关键词金微盘阵列电极；溶解氧；钯纳米粒子；多孔电极1引言多孔材料因具有高比表面积、高催化活性等多种独特性质而备受关注。多孔材料在生物传感器、燃料电池、重金属

3、检测等方面都具有潜在的应用价值，而实现这些应用的首要前提是制备并修饰这类多孔材料。在制备多孔金材料的众多方法中，模板辅助的电化学置换法是最有效的方法[1“】。该方法利用还原溶液中的H+产生H：，并以此作为动态模板沉积铜，这样便能得到具有多孔结构的铜，再以金置换铜，得到具有多孔结构的金，但其上有部分铜残余，必须经过进一步的电化学步骤去除铜，此步骤约需要8h。因此，该方法相当耗时⋯。制备金纳米孔材料的另一种方法包含电化学氧化和化学还原两步【5’6j，在一个相对较高的电位下氧化金电极，再以葡糖糖"3或抗坏血酸[61还原。另外，文献还报道了一种将电极浸入NaOH溶液中，用方波电势脉

4、冲对电极表面进行重新构建的方法"]。Deng等[81报道了用电势法制备多孑L金的方法。如果要进一步修饰该电极，至少还需要一个后继步骤，通常是通过电沉积№’8o或欠电位沉秽电化学置换一1。这些后继的修饰方法为多孔材料在生物传感器和燃料电池方面的应用开辟了道路。然而，这些方法相对复杂或耗时。本研究建立了只需一步操作即可完成在抛光洗净的金微盘阵列电极上进行多孔化处理和钯纳米粒子修饰的方法。在整个的制备过程中，在光滑电极表面连续施加3个电位。首先，用一个相当高的电位氧化阵列电极表面；再用一个低电位将氧化的电极表面还原，得到多孔的结构；最后施加一个更负的电位在其表面电沉积钯。由于省去

5、了至少两个步骤，并避免使用至少两种溶液，且期间不需要更换溶液，所以本方法比传统的三步方法简便。同时，本方法在整个过程中只使用磷酸盐缓冲液，是一种环境友好的制备方法。利用扫描电镜和电化学方法监控制备过程，得到的结果证实了本方法的可行性和有效性。多孔的金微盘阵列电极表面钯的沉积量可以通过控制沉积时间调控。所得到的修饰电极用于检测溶解氧，灵敏度良好。2010—10-14收稿；2010．10-28接受本文系国家自然科学基金(Nos．20935003，20820102037，20805044)，973项目(No．2010CB933600)资助·E—mail：dongsj@ciac．j

6、1．cn1688分析化学第38卷2实验部分2．1试剂实验用Pd(NO，)：·2H：O，KH：P04，Na：HPO。及KCI均为分析纯试剂，购自国药集团化学试剂有限公司(上海)。所有溶液都用去离子水配制。2．2修饰电极的制备金微盘阵列电极采用文献[10]的方法制备。简要步骤如下：将25斗m金丝按照一定次序排列并包埋在环氧树脂内，其断面(金微盘)作为电极表面。电极间距为O．5mill。在使用前，金微盘阵列电极需小心地用oL—AI：O，打磨抛光，然后在水中超声清洗，氮气吹干。一步法制备Pd修饰的金微盘阵列电极方法如下：将电极浸入含有0．1mmol／LPd(n)+0．2moL／LP

7、BS缓冲溶液(pH7．0)中，顺次连续施加电位+5，一0．2和一0．5V各一定时间。作为对照，在相同溶液中施加一0．5V电位180s，得到了Pd修饰的光滑金微盘阵列电极。2．3表征场发射扫描电镜图像是由FEI公司生产的XL30ESEMFEG型场发射扫描电镜在15kV的电压下获得。Pd纳米粒子的分布通过扫描电镜配套的能量分散x射线谱观察。样品通过切下修饰电极的表层制得。2．4电化学实验电化学实验采用了传统的三电极体系，即以2．2节制备的修饰金微盘阵列电极为工作电极，自制的Ag／AsCI(饱和KCI)为参比电极，螺旋状