功能化电纺碳纳米纤维材料的制备及电化学

bxj2009

由于具有良好的机械性能、优异的导电性和高的稳定性等优点，碳纳米纤维（CNFs）已经广泛用作催化剂载体和构建生物传感器。但是，由于亲水性较差，在实际应用时，需要通过复杂的预处理过程来提高亲水性。近年来，由于氮掺杂可以有效地提高碳材料的性能，如催化活性和亲水性等，氮掺杂碳纳米材料引起了广泛的关注。目前，对于氮掺杂碳纳米纤维（NCNFs）的研究仍然较少，需要发展新型简单、高效的NCNFs制备方法。 以电纺CNFs为基础，分别利用表面功能化和氮掺杂制备了具有良好的化学性能的CNFs材料。首先利用超声和双氧水处理过程，发展了一种简单的超声辅助方法用于CNFs表面含氧基团功能化；其次，利用聚丙烯腈纳米纤维碳化过程的含氮尾气作为氮源一步法制备了NCNFs；以尿素为氮源，通过高温后处理电纺CNFs的方法制备了NCNFs。系统地研究了相关材料的形貌、组成以及电催化性能，发现这类材料对于小分子（多巴胺和葡萄糖）以及氧还原反应的具有良好的电催化性能。主要的内容如下： （1）利用超声技术和双氧水处理过程，对CNFs进行表面处理，已达到使CNFs表面带有含氧基团得目的。该方法可以快速、高效的实现CNFs的良好分散和功能化。处理后的CNFs表现出良好的亲水性，同时对多巴胺的氧化具有高的催化活性，其修饰的碳糊电极可以在抗坏血酸存在下选择性的检测多巴胺。 （2）结合电纺和热处理过程，制备了具有自支撑结构的NCNFs。提出利用碳化过程的含氮尾气对纳米纤维进行氮掺杂和表面刻蚀。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及x射线光电子能谱（XPS）结果表明，得到的NCNFs具有直径小、表面粗糙和高吡咯氮含量的特点。应用于电催化氧气还原反应（ORR），该材料显示出高的催化活性、良好的长期稳定性和选择性。该工作提供了一种简单、有效的制备自支撑NCNFs的方法，同时该材料有望替代Pt/C用于燃料电池中。 （3）在前面工作的基础上，利用氮原子的引入和独特的结构特点可已有效地提高NCNFs的生物相容性和电子传递能力。未经任何处理，在NCNFs修饰的玻碳电极表面可以实现葡萄糖氧化酶的高效直接电子传递。构建的电化学传感器对葡萄糖表现出良好的催化活性。NCNFs可以作为一种潜在的电极材料用于第三代电化学传感器的构建。 （4）利用尿素在高温下对CNFs进行后处理制备NCNFs。结构表征说明，相比于CNFs，NCNFs的直径减小，而吡咯氮的含量明显提高。将NCNFs用于电化学催化ORR，与Pt/C相比，NCNFs具有良好的催化性能，以及更高的催化稳定性和选择性。该方法可以用于其他氮掺杂碳纳米材料的制备。

fiber

电纺丝目前学术上已经不好发文章了。工业化才是出路