金属纳米材料的电化学合成及其在电化学传感领域的应用

The sensitivity, detection limit and stability of electrochemical sensors strongly depend on the properties of the sensitive film materials. Nano-structured materials have been widely used in fabrication of sensitive film for electrochemical sensors due to their unique optoelectronic, conductive, catalytic properties. The aim of this subject is to prepare metal nanoparticles and their composites with high catalytic efficiency, strong specificity and good stability via a simple, environmental protected and low-cost electrochemical method. The above mentioned material can be modified on the surface of the electrode by spin-coating, covalent bonding and electrostatic adsorption process. And the applications of these materials in the field of electrochemical sensors will be further explored. In addition, we've also designed an ultrasonic electrochemical cell. It's not only a fundamental solution to the preparation of the nano-materials in large quantities, but also plays a vital role in the controlled synthesis of nanoparticles. The main contents of the project are listed as following: (1) to explore the influence of the electrochemical control of the technical parameters, protective agents adding in the electrolyte, and the ultrasonic frequency and time settings on the morphology of the nanomaterials including size, structure, uniform degree etc. (2) to investigate the applications of the metal nanoparticles and their composite materials in the field of gas sensing and biosensing applications. The of subject will strongly promote the research of nanomaterials controllable synthesis and their applications in electrochemical sensing.

：电化学传感器的灵敏度、检测限、稳定性等与其敏感膜材料息息相关，纳米材料因其特殊的光电、传导、催化特性，被越来越多的应用于电化学传感器敏感膜的制备中，本课题旨在采用一种操作简单、过程环保、成本低廉的电化学方法合成催化效率高、专一性强、稳定性好的金属纳米粒子及其复合材料，并通过旋涂、共价键合、静电吸附等方式将其修饰于电极表面，进一步探索其在电化学传感领域的应用。除此之外，我们还设计了一种超声电化学池，它不但从根本上解决了纳米材料大批量制备的难题，对纳米粒子的可控合成方面也起着至关重要的作用。项目主要研究内容为：（1）探索电化学技术参数的控制、电解液中保护剂的添加、以及超声频率和时间的设置等因素对纳米材料的形貌、尺寸、结构、均一程度等方面的影响与作用。（2）研究金属纳米粒子及其复合材料在气体传感、生物传感领域的应用。本课题对于纳米材料的可控合成及在电化学传感领域的应用具有重要的推动作用。

在本项目的支持下，我们发展了多种简单而有效的方法，设计合成了一系列的具有特殊结构和性能的金属及金属氧化物复合纳米材料，并以石墨烯作为其良好的负载体及掺杂物质，采用化学修饰法，通过结构设计和可控获得多种具有高分散、稳定、导电、催化及生物兼容性的石墨烯纳米结构复合材料，通过涂覆铸模、聚合物包络、共价接枝、模板生长、层层组装等技术手段对电极界面进行修饰，制备了多种功能化的石墨烯/金属、石墨烯/金属氧化物纳米材料的复合材料，如：包括：卤化银-三维石墨烯气凝胶、金纳米粒子/石墨烯、二氧化钛/石墨烯、二氧化钛/磺化石墨烯、二氧化钛/聚苯胺/石墨烯、硫/铈/二氧化钛/石墨烯、银@溴化银/石墨烯、苝酸/石墨烯、聚乙烯亚胺/石墨烯、二氧化锡/钯纳米粒子/石墨烯等，并在电分析传感、生物医疗、能源存储与转化相关电催化领域以及光电化学领域成功地实现了这类材料的应用。这些研究成果为金属及金属氧化物纳米材料的设计合成提供了行之有效的参考，为电化学应用尤其是电分析、电催化、光电性能等方面的应用提供了新的思路，具有非常深远的研究意义。项目研究期间围绕以上研究领域共发表SCI论文27篇，其中影响因子3.0以上的23篇，7.0以上的9篇。获得吉林省科技进步一等奖一项，自然科学二等奖一项，培养博士2人，硕士1人，在读博士生3人。