基于纳米Pt形貌调控的化学需氧量电化学传感研究.pdf

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1、第41卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第5期2013年5月ChineseJournalofAnalyticalChemistry704～708DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．21215基于纳米Pt形貌调控的化学需氧量电化学传感研究吴灿吴康兵(华中科技大学化学与化工学院，武汉430074)摘要在含有1mmol／LHPtC1的0．1mol／LSO中，通过恒电位还原在铂盘电极表面原位沉积出球形、菱形、花状等不同形貌的Pt纳米颗粒。改变还原电位和时间实现了纳米铂的形貌及催化活性调控。实验表明，COD的电流响应信号与纳米Pt的形貌密切相关

2、，-0．3V还原2min制备的花状纳米铂对COD的信号增强效应最强，显著提高了COD的响应电流。考察了pH值及安培检测电位的影响，构建了一种新型COD电化学传感器，检出限为1．8mg／L，将其用于不同湖水COD浓度的测定，结果与国标法一致。关键词纳米Pt；形貌调控；化学需氧量(COD)；电化学传感器1引言铂作为一种重要的贵金属，由于其高催化活性高而引起了广泛关注。目前，纳米结构的铂已被广泛用于催化⋯、燃料电池J、能量存储和电化学传感_4等领域。然而，越来越多的研究表明，铂的催化活性与其颗粒大小和形状密切相关’。J。电化学沉积是一种方便有效的原位制备纳米材料的方法

3、，而且，可以通过改变电位、时间、支持电解质和前驱体浓度，人为调控纳米材料的形状、尺寸及组成。目前，利用电沉积已成功制备出球状、线状、蜂窝状等不同形貌的Pt纳米颗粒。化学需氧量(COD)是衡量水体污染程度的一个重要参数，指水体中还原性物质被强氧化剂氧化消耗的氧化剂所对应的氧的浓度。电化学方法由于灵敏、操作方便、分析时间短、成本低已在COD的检测中取得了应用。为了进一步提高检测灵敏度，多种纳米颗粒，如PbO【101、CoO⋯J、TiO2l12'”J、Rh203【14]、Ni_l、cu_】和Ag2O／CuO【17]等，已成功用于提高COD的响应信号。本研究制备出不同形

4、貌的纳米Pt，并且发现纳米Pt的形貌对COD的响应活性有显著影响。深入探讨了COD响应信号与纳米Pt形貌之间的规律，构建了一种新型COD纳米电化学传感器。与已报道的传感器相比，此传感器的灵敏度更高，检出限为1．8mg／L。此外，本研究以实际水样为研究对象，而不是简单的COD标准物，因而此传感器的实用性和准确性更好。2实验部分2．1仪器与试剂电化学测试均在CHI660D(上海辰华仪器有限公司)上进行。工作电极为纳米Pt修饰铂盘电极，参比电极为Ag／AgC1电极(饱和KC1)，对电极为铂丝电极。Quanta200扫描电镜(荷兰FEI公司)。所有试剂均为分析纯。HPt

5、C1·6H0(上海国药集团)，溶于二次蒸馏水配成0．1mol／L的储备液。实验用水为二次蒸馏水。2．2纳米Pt的电化学沉积将直径为3mm的铂盘电极用0．05tzmA10抛光清洗干净后，在含有1mmol／LH：PtC1的0．1moL／LHSO中通过恒电位还原沉积出不同的Pt纳米颗粒，并用二次蒸馏水冲洗。2．3国标法测定CoD值重铬酸钾法(GB／T22597-2008)测定水样COD步骤如下：将1O．00mL水样、5．00mL0．05mol／LK：Cr0加入具塞锥形瓶中；依次缓慢加人3．3mL50g／LCe(SO)：溶液和1．0mL50g／LMnSO溶2012—12

6、—10收稿；2O13-o4_o1接受本文系973项目(No2009CB320300)、国家自然科学基金(No．61071052)、教育部新世纪优秀人才(No．NCET一11_o187)资助项目E—mail：kbwu@mail．hust．edu．cn第5期吴灿等：基于纳米Pt形貌调控的化学需氧量电化学传感研究707高；继续增加pH到8．0时，COD的响应电流缓慢增加，而纳米Pt的背景电流却明显增大，不利于低COD水样的测定。为获得高的信噪比，测定时控制在pH6．5。考察了检测电位的影响情况。所用两种水样的COD值分别为8．51和21．98mg／L。当检测电位由0．

7、45V逐渐增加到0．6V时，水样在纳米Pt表面的COD响应电流变化不大，这说明检测电位对COD响应信号的影响很小，这可能是由于花状纳米Pt本身的催化活性就很高。但是，检测电位越高，背景电流越大，为此选用0．45V作为COD的检测电位。实验表明，此传感器很难用于连续测定，这是由于第一次测定后COD的响应信号急剧降低。因此每次测定后重新沉积纳米Pt，对CODQ值为13．56mg／L的水样11支传感器平行测定的相对标准偏差(RSD)仅为4．8％，这说明制备和测定的重现性都很好。3．4分析应用图5为不同COD值的水样和二次蒸馏水的安培响应曲线。纳米Pt片的背景电流在前2

8、0S迅速下降然后基本保持