酶功能化Co_3O_4-Pt纳米复合材料修饰电极的制备及电化学性能

基于水热法合成了形貌均一的纳米Co_3O_4,利用其强催化性能将其连同纳米Pt和辣根过氧化物酶(HRP)层层修饰于金电极表面,最终构建出对H_2O_2具有三重催化作用的新型纳米复合材料Co_3O_4-Pt-HRP修饰电极,并将其应用于对H_2O_2的浓度检测。实验结果发现,纳米Co_3O_4与纳米Pt的催化作用相互协同,并且纳米Pt较大的比表面积和优良的生物相容性增加了后续辣根过氧化物酶的负载量与生物催化活性,从而提高了传感器的灵敏度。在优化条件下,对H_2O_2浓度的检测范围为2.0μmol/L^7.1 mmol/L,检出限为0.9μmol/L。此外,该传感器还表现出较高的选择性、稳定性和灵敏度。

不同形貌Co_(3)O_(4)制备及对高氯酸铵催化性能研究

以草酸钴为前驱体热分解得到不同形貌纳米Co_(3)O_(4)。用XRD、SEM和比表面分析仪对产品进行了表征。研究发现N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的体积比对草酸钴前驱体的形貌有着重要的影响。采用热分析法考察了不同形貌的Co_(3)O_(4)纳米晶体对于高氯酸铵热分解的催化性能。结果表明,纳米晶体形态的Co_(3)O_(4)对高氯酸铵的热分解具有优越的催化活性,并且较大的BET比表面积和孔体积的Co_(3)O_(4)纳米棒有最好的催化活性。

Co_(3)O_(4)纳米颗粒制备及其气体敏感性能实验设计

采用溶剂热法制备了Co_(3)O_(4)纳米颗粒,利用XRD、SEM、TEM技术对样品进行了表征,并探究了其气体敏感性能。Co_(3)O_(4)纳米颗粒的尺寸约14~27 nm,在较低工作温度80℃时对500 mg/L的甲醛气体响应值最大达到55.4。Co_(3)O_(4)纳米颗粒制备及其气体敏感性能实验具有综合性、简易性和新颖性的特点,通过材料合成、表征与分析以及性能测试一系列的综合实验教学,可以进一步加强学生对材料学科的理解与学习,并且有助于培养学生的科研能力和综合分析能力。

纳米Co_(3)O_(4)前驱体的分解过程研究

用室温固相反应合成纳米Co3O4前驱体,用热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)等手段对前驱体的分解过程进行了研究。结果表明,前驱体为CoC2O4·2H2O,呈单斜结构。随温度的升高,前驱体分解过程分两步进行:首先前驱体脱水分解为CoC2O4,然后再分解为Co3O4纳米粉。煅烧温度较低时,随煅烧时间的延长,CoC2O4逐渐分解为Co3O4,并且颗粒尺寸约为17nm。煅烧温度较高时,随着时间的延长Co3O4颗粒迅速长大,结晶更完全。

Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)纳米结构阳极电催化析氧研究

目的研发含纳米结构Co_(3)O_(4)中间层的Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)阳极,并对其电化学析氧性能进行研究,以提升Ti/RuO_(2)-IrO_(2)金属氧化物阳极的电化学析氧性能。方法在Ti基底上电沉积制备Co(OH)_(2),烧结形成Co_(3)O_(4)纳米片结构,随后采用热分解工艺在Ti/Co_(3)O_(4)表面制备RuO_(2)-IrO_(2)电催化层,从而构建了Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)复合阳极。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和电化学工作站对涂层的微观表面形貌、物相组成、电化学性能等进行观察与分析。结果SEM显示出Ti/Co_(3)O_(4)纳米片上RuO_(2)-IrO_(2)的负载量随涂刷次数增加逐渐增多,最终完全遮盖Co_(3)O_(4)纳米片中间层。且随着RuO_(2)-IrO_(2)前驱体溶液涂覆次数的增加,XRD观察到RuO_(2)-IrO_(2)衍射峰强度在逐渐增大。TEM测试显示Co_(3)O_(4)中间层是由纳米颗粒堆叠组成且具有多孔结构。电化学极化曲线测试表明,涂覆三次RuO_(2)-IrO_(2)层的含Co_(3)O_(4)中间层阳极析氧电位最低,当电流密度达到10 mA/cm^(2)时,析氧电位仅为1.326 V(vs.SCE),低于无中间层的Ti/RuO_(2)-IrO_(2)阳极(1.413 V)。循环伏安测试表明,Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)阳极的伏安电量达到62.83 mC/cm^(2),相较于Ti/RuO_(2)-IrO_(2)阳极的23.65 mC/cm^(2)提高了166%。稳定性能试验表明,在经过1000次循环稳定性试验后,加入Co_(3)O_(4)纳米片中间层的复合阳极的伏安电量降低了35.94%,低于无中间层阳极48.88%的伏安电量损耗率。循环极化试验后的Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)复合阳极的电化学活性仍明显优于循环极化试验前的Ti/RuO_(2)-IrO_(2)阳极。结论Co_(3)O_(4)纳米片中间层的加入使得Ti/Co_(3)O_(4)/RuO_(2)-IrO_(2)阳极的电催化析氧性能和稳定性都得到了提升。

基于Co_(3)O_(4)纳米粒子的“串联酶”活性检测葡萄糖的表面增强拉曼光谱策略

采用一种简单的湿化学法合成Co_(3)O_(4)纳米粒子(NPs),并将其作为一种"串联酶"(同时具有类过氧化物酶和类葡萄糖氧化酶活性)用于过氧化氢(H_(2)O_(2))和葡萄糖的表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测。作为一种灵敏的SERS底物,在pH=4.0的NaAc缓冲液条件下,Co_(3)O_(4)NPs可以催化葡萄糖和O_(2)生成葡萄糖酸和H_(2)O_(2)。然后H_(2)O_(2)可以氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB),形成蓝色氧化产物氧化TMB(oxTMB),其在1188、1330、1610 cm^(-1)处表现出强烈的SERS信号。因此,我们开发了一种新的SERS策略来分析葡萄糖,检测限为1×10^(-10)mol·L^(-1),表明Co_(3)O_(4)NPs具有生物传感器、免疫分析和医学研究的潜力。

基于学科交叉与“双碳”背景的新型化学实验的设计——以“一种纳米管光催化剂的合成、表征及其光催化实验”为例

为使学生对纳米材料的制备方法、表征技术、图谱解析、异质结构、光催化应用等前沿知识与技术有更深入、更全面地了解,设计了一维管状光催化剂降解染料的综合实验。通过简单、低成本的静电纺丝结合光诱导还原方法制备了Pd/CuO/Co_(3)O_(4)三元异质结光催化剂。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪等确定了催化剂的形貌、结构、元素组成及价态等。通过亚甲基蓝光催化降解实验探讨了催化剂的光催化性能。实验步骤简单、综合性强、涉及知识点多,有利于学生系统掌握纳米材料的制备、表征及光催化实验等知识。

多孔Co_(3)O_(4)纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C5H7O2)3)为前驱物,制备了由Co_(3)O_(4)纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co_(3)O_(4)NFs),其比表面积高达83 m^(2)·g^(−1),并将制得的多孔Co_(3)O_(4)NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co_(3)O_(4)NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co_(3)O_(4)催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co_(3)O_(4)催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li_(2)O_(2)的形貌,得到的放电产物Li_(2)O_(2)尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li_(2)O_(2)在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co_(3)O_(4)NFs/炭黑Super P(Co_(3)O_(4)NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g^(−1)电流密度下Co_(3)O_(4)NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g^(−1),电池可实现100次的充放电循环。

四氧化三钴纳米材料的制备及其电化学性能研究

Co_(3)O_(4)材料的资源较为丰富、能量密度较高、催化活性较高、对环境比较友好,一直被视为很有前景的电极材料而成为大家重点研究对象。本文提出在液相中,利用简单的液相合成法,将硝酸钴作为钴源,将Na OH作为碱源,合成的Co(OH)_(2)作为中间体,再在体系中加入H_(2)O_(2)进行氧化,制备Co_(3)O_(4)纳米材料,该过程可以简单的表示为Co(OH)_(2)→Co_(3)O_(4),电化学性能测试,发现Na OH作为碱源时,所制备的Co_(3)O_(4)纳米材料比电容是最大的,在电流密度为2 A獉g-1的条件下,比电容为130.22 F∙g^(-1)。