对硝基苯酚在碳纤维修饰玻碳电极上的电化学行为及分析测定[开题报告].doc

1、毕业论文 开题报告 环境工程 对硝基苯酚在碳纤维修饰玻碳电极上的电化学行为及分析测定 一、选题的背景、意义 对硝基苯酚常 用作农药、医药、染料等精细化学品的 合成 中间体 ，具有致癌作用。水中对硝基苯酚主要来源于化工、制药行业。随着现代化工行业的飞速发展，对硝基苯酚在水中的含量对人类和环境的影响越来越受到人们的关注，为此人们对它的测定方法进行了大量的研究。本文旨在利用碳纤维对对硝基苯酚的吸附性能，研究对硝基苯酚在碳纤维修饰玻碳电极上的电化学行为，并达到分析检测的目的。 化学修饰电极是 20 世纪 70 年代中期发展起来的一 类 新兴的 技术， 也是目前最活跃的电化学分析的前沿领域。化学修饰电极

2、是在电极表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物以化学薄膜的形式固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。 如在铂电极表面修饰一层聚合物（ 1， 2-二氨基萘），则可像玻璃电极一样用于 pH 测定。 化学修饰电极扩展了电化学的研究领域，目前已应用于生命、环境、能源、分析、电子以及材料学等诸多方面。 选择合适的修饰物就可以方便地制备特定功能电极，实现对其检测的高选择性和灵敏度，这也是化学修饰电极的最大优点。化学修饰通常在碳（石墨） 、玻璃、金属等固体电极（称为基体电极）的表面进行。采取的方法有：吸附、键合和聚合等。因此，制备具有高选择性和较高灵敏度的修饰电极引起了人们

3、的广泛关注。本课题将对 对硝基苯酚在碳纤维修饰玻碳电极上的电化学行为及分析测定进行相关研究。 二、相关研究的最新成果及动态 碳纤维 由于其新奇独特的电学、化学、热学特性以及特殊的机械性能，在科学研究和产业领域中受到人们广泛关注 。碳纤维可以分为高刚性碳纤维、超高刚性碳纤维、纳米技术碳纤维，密度越大，刚性越强。 碳纳米管已被应用于电极材料 , 但未 发现明显 的电化学伏安行为 1; 且由于碳纳米管的直径很小（几到数十纳米） , 制作单根的碳纳米管电极非常困难 , 难以实际应用 。 碳纳米管用于修饰电极已得到更多重视 2-4, 但都在常规尺寸（毫米级）的电极上进行 , 这样的电极不适于在生物微环境

4、和毛细管电泳电化学检测中应用 。 碳纳米管（ carbon nanotube, CNT） 自 1991 年被报道发现以来 5，与其相关的研究工作取得了长足的进展，已成为纳米科技中最受瞩目的部分之一。由于 CNT具有独特的电子特性，将其制成电极时能促进电子的传递，具有一定的电催化、电分离功能，因此，可将其应用到体 系比较复杂、待分析物含量较低的物质分析。目前，常用碳纳米管修饰电极的种类有 CNT 糊电极 6、 CNT 嵌插电极 7、 CNT 涂层电极 8、聚合物包埋 CNT 修饰电极 9等。 CNT 修饰电极在分析化学中的应用研究有很多报道 10-13，主要涉及 CNT 修饰电极的制备、在电化学

5、分析及生物传感器等方面的应用。 CNT 修饰电极用于生命分析化学是将纳米科技、生命科学以及分析化学有机结合的研究前沿。对于 CNT 修饰电极在生命 分析 化学中的应用前景，可概括为：（ 1）从所用修饰电极来看， CNT 糊电极和 CNT 嵌插电极制备简单，但由 于修饰方式相对单一，在生物大分子、小分子的应用相对少一些，而 CNT 涂层和聚合物包埋修饰电极由于分散剂的种类多样化而应用广泛。因此，发展使用性能优良、绿色环保的分散剂用于 CNT 修饰电极的研究仍是一个重要的研究方向。（ 2）对于蛋白质、核酸等大分子的研究， CNT 修饰电极不仅实现对它们的直接电化学研究，而且它们在电极上仍能保持生物

6、活性。因此，以 CNT 为材料的生物传感器 （ 如酶传感器、 DNA 传感器等 ） 的研究仍是热点，它为生命分析化学中原位、实时、快速、灵敏、选择性的检测提供了重要的研究基础。（ 4） CNT 修饰电极在生命电 分析化学中涉及的电化学机理的深入探讨也是未来研究重点之一。（ 5）近年来，将CNT 与其它纳米材料（如纳米金颗粒、纳米 ZrO2等）掺杂复合修饰于常规电极的研究表明，因各种材料能对电化学检测起到增效的作用，使得该类电极有更好的性能，是目前 CNT 修饰电极的又一研究热点。 碳纤维修饰电极测定对硝基苯酚具有理论上的可行性。利用化学或物理方法，将具有特定功能的分子、离子、聚合物或其他物质固

7、定在电极表面，达到改善电极的性质，实现功能设计的目的。其吸附过程通常是依靠修饰物中存在的电子与电极表面的共享而被吸附。利用在基体电极 表面进行化学反应引入连接基，再连接上具有特定功能的化合物可制备出共价性修饰电极。碳、金属及金属氧化物电极表面都可进行化学反应。如碳纤维表面氧化后，形成 羧基、羟基 羰基等，与SOCl2反应后形成活性基团，即可方便地将各种所需要的化合物键合到电极表面。电极表面共价键合的单分子层一般只有 10-3 10-2 nm 厚，修饰后电极的导电性好、稳定性、寿命长，但修饰过程较繁琐，电极表面的覆盖率低。通过在电极表面聚合形成高分子薄膜也是制备化学修饰电极常见的方法，简单的可通

8、过溶剂的溶解、挥发在电极表面形成高分子膜。 碳纤维修饰 电极应用到对硝基苯酚的分析检测领域，相对于其它的一般分析方法，可 实现灵敏度的提高和检测限的降低 ，对对硝基苯酚的检测具有重要意义。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、研究难点及预期达到的目标 碳纤维是一种具有优异电子传递的纳米材料，在电催化领域已经得到了充分的应用，本实验将首先对碳纤维原料进行酸处理，使其表面具有相应的功能基团，如羧基、羟基等。这样将产物修饰到玻碳电极表面，就可以是平滑的表面转变为具有很大催化微区的活性传感器表面。这样既可以增大电极的表面积，又能够实现良好的电子转移，从而实现对硝基苯酚的良 好催化分析 。 循环伏安法

9、（ CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。在电化学、无机化学、生物化学的研究领域广泛应用。由于其仪器简单、操作方便、图谱解析直观，常常是首先进行实验的方法。本课题拟采取该研究方法，实现对硝基苯酚在碳纤维修饰玻碳电极上的电化学行为及分析测定。 该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流 -电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反 应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。常用来 测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。 硝基

10、化合物电化学还原反应是一个比较复杂的过程，反应条件不同，产生的中间产物不同，其电化学还原机理也不同 14。而且由于有些中间产物在电还原过程中并不稳定，很难直接分离得到。并需要 改变实验条件，考察峰电流与扫速的关系，考察 pH值的影响，求解相关的电化学参数。 四、论文详细工作进度和安排 2010.11 2010.12：查阅相关的科研实验文献资料，并整理归纳，充分 做好理论方面的准备工作。并将至少一篇典型的英文文献翻译成中文，要求理解。将阅览的文献资料梳理，写成文献综述，从而从大领域归纳本研究领域的发展现状和发展趋势，奠定将来科研的方向认识。撰写开题报告，论证设计课题的价值和可行性，并提供相关的资

11、料。 2011.1 2011.3： 对实验所需的仪器、材料等进行认识，要求会实验仪器，会处理材料。在指导老师的帮助下，逐步完成预设的实验内容。主要是对碳纤维进行处理活化，修饰电极后，在适当的底液中进行对硝基苯酚的催化测定。并研究酸度、电位、修饰量等的影响，最后确立最优化的实验 条件，得到满意的实验结果。 2011.4 2011.5： 将实验内容整理成论文形式，并查阅相关文献资料，探讨将来的研究方向，总结本科研工作的心得体会。提交相关资料，将主要内容整理成幻灯片形式，反复演练，准备答辩。 五、主要参考文献 1 LUO Hong Xia（罗红霞） , SHI Zu-Jin（施祖进） , LI Na

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