自支撑非贵金属/氧化物负载氮掺杂碳纳米纤维复合材料的制备及电化学研究

The project is focus on developing a simple and controllable method to synthesize a free-standing non-noble metal/metal oxides nanoparticles loaded nitrogen-doped carbon nanofibers (M/MO-NCNFs) composites via electrospinning and thermal treatment technique. By selecting appropriate precursors of carbon, nitrogen and metal nanoparticles, and optimizing parameters of electrospinning process to realize the bifunction of CNFs. Effect of introduction strategies and existence form of nitrogen and M/MO nanoparticles on the structure and character of composites will be studied. Finally, we will investigate the electrocatalytic properties of the prepared composites in fuel cell and construct electrochemical biosensors with high sensitivity and good selectivity for biological molecules analysis.

本项目拟结合静电纺丝与热处理技术，选择合适的电纺前体、含氮聚合物和金属前体，同时优化电纺过程各项参数，建立和完善一种简单、可控制备自支撑非贵金属/金属氧化物纳米粒子负载氮掺杂碳纳米纤维复合材料的方法，实现非贵金属/金属氧化物纳米粒子负载及氮掺杂的双功能化；研究氮原子和纳米粒子引入形式和存在方式对复合材料结构、性质的影响，提高电催化活性及稳定性；用于燃料分子的电催化研究，同时构建相应的电化学生物传感器，实现对生物分子的灵敏、选择性检测。

在国家自然科学基金面上项目（21475124）资助下，我们在前期工作基础上，按照项目原定计划，结合静电纺丝与碳化技术，主要在碳基纳米复合材料的设计、制备及其应用等方面，开展了系统深入的研究工作，取得了多项有价值的学术研究成果，顺利完成了项目预期目标。主要工作包括：制备了一系列非（贵）金属纳米粒子及氧化物负载碳基复合材料，对复合材料的结构、性质进行研究；开发了多种用于燃料小分子、氧气还原、氢气析出等反应的高效催化剂；同时，构建了多种电化学生物传感器，实现了对小分子及生物大分子的高灵敏、高选择性分析。另外，基于复合材料的优异性能，构建了多种新型电化学发光和光电化学生物/免疫传感界面，成功应用于农药残留、有毒有害物质如环境雌激素、重金属离子等的快速、灵敏检测，研究内容具有比较重要的研究意义和应用潜力。项目资助期间（2015.01-2018.12），在Journal of Material Chemistry A、Biosensors and Bioelectronics、ACS Applied Materials & Interfaces等杂志发表SCI论文18篇，其中IF>6.0的5篇，6.0>IF>3.0的12篇，一区文章共11篇；申请发明专利2件，授权1件。获吉林省科学技术二等奖1项（2015年，第一完成人），江西省自然科学二等奖1项（2017年，第三完成人）。参加国际、国内学术会议37次，邀请报告5次，口头报告10次。培养博士毕业研究生2名，硕士毕业研究生1名，出站博士后1名。项目负责人入选教育部“长江学者”特聘教授（2017年），江苏省“双创人才” （2017年），江苏省“六大高峰人才”计划（2017年）；江苏省“333工程”第二层次培养人才（2016年）等。