活性炭修飾電極的表征研究
由于一些新型炭材料具有良好的導電性、 較高比表面積和化學穩(wěn)定性等特 點,能夠在電化學反應中起電子傳遞媒作用,因此可以用作修飾電極的修飾材 料。目前用作電極修飾的碳材料主要有碳納米管、模板炭和碳原子線。自 20 世紀 80 年代高比表面積活性炭問世以來,其高度發(fā)達的孔隙結構和超強的吸 附性能備受關注。尤其是,作為雙電層電容器的電極材料已在電化學領域中得 到廣泛的研究和應用。 1 活性炭懸濁液的配制 Nafion 即全氟磺酸型離子樹脂交換膜, 它具有較高的質子導電率 (>0.1S/c m) 、長使用壽命(約 600000h)和良好的熱穩(wěn)定性。它對有機陽離子,特別是 有些尺寸較大的有機陽離子具有特別高的交換選擇系數(shù), 在電催化方面也顯現(xiàn) 出良好的應用前景。 研究表明: 按比例 5mg 活性炭+5mlDMF+5mlNafion 配制的溶液分散性好, 電極穩(wěn)定性也較好,有較好的循環(huán)伏安曲線,DMF 起分散劑的作用,而 Nafion 溶液起固定劑的作用。 2 活性炭用量的選擇 電極修飾膜的厚度對電化學反應的氧化還原峰電流會有一定的影響。 修飾 膜的厚度主要由滴加到電極表面的活性炭量所決定。 修飾膜對對苯二酚氧化峰 的電流響應值的影響如圖所示。
當懸濁液(0.5 mg/mL)的用量從 0 逐漸增加到 5μL 時,對苯二酚的氧化 峰電流顯著增加;繼續(xù)增加分散液的用量到 10μL 時,氧化峰電流值增加比較 緩慢;當懸濁液的用量超過 20μL 后氧化峰電流略微降低。這是因為隨著活性 炭用量的增加, 電極表面對對苯二酚的反應位點增加, 但當懸濁液的量過大時, 膜太厚,一方面不利于對苯二酚的電子交換,另一方面,太多的 Nafion 成分 也會降低膜的導電性能, 因此氧化峰電流響應值降低。 因此在制作修飾電極時, 選擇 5μL 的高比表面積活性炭懸濁液作為制作修飾電極的合適用量。 國內(nèi)外同類 研究概況 3 修飾電極富集時間的選擇 在循環(huán)伏安實驗中, 待測的電活性物質如果在修飾電極表面發(fā)生氧化還原 反應,很顯然,電極的電流響應值取決于物質發(fā)生氧化還原反應的程度這些反 應的速率,因此它必然與電極表面所吸附的活性物質的量(即反應物的濃度) 有關?梢灶A見,當電極表面吸附電活性物質達到飽和后,電活性物質的氧化 還原峰所達到的電流值達到大。因此,修飾電極的氧化還原峰電流值與電極在電活性物質溶液中的時間有關。 實驗考察了 0.1mmol/L 對苯二酚的 0.1mol/L HCl 溶液中修飾電極富集時 間與氧化峰的電流響應值之間的關系,如圖所示。結果表明在 30min 內(nèi),富集 時間和峰電流程較好的線性關系,30min 后隨著時間的延長,峰電流響應值逐 漸趨于平穩(wěn)。因此本研究中修飾電極的循環(huán)伏安實驗在待測溶液中富集 30 分 鐘。
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