1、毕业论文 开题报告 环境工程 间苯二酚在碳纤维修饰电极上的电化学行为研究 一、选题的背景、意义 间苯二酚广泛应用于农业、染料、涂料、医药、塑料、橡胶、电子化学品等领域， 在国际市场上的消耗预计每年约以 3.5的速度在增长，具有很好的发展前景 1。我国间苯二酚主要用于生产橡胶用胶粘树脂和木材粘合剂，其他方面消耗较少。国内生产间一甲胶粘树脂主要用于轮胎行业使用的帘子布浸胶， 2002年我国帘子布总产量近 20 万 吨 ，约消耗间苯二酚 1250 吨 ，其它橡胶制品消耗约为 800 吨 。随着我国汽车工业的发展，我国轮胎产量已跃居世界第 二位。 其主要用于作为制备轮胎帘子布用的间 -甲粘合剂和木材胶
2、合板用高性能粘合剂等。同时间苯二酚还 具有杀菌作用，可用作防腐剂，添中于化妆品和皮肤病药物糊剂及软膏等。但 间苯二酚也是一类毒性较大的有机物 ， 对环境和人类的危害极大。遇明火、高热可燃。受高热分解放出有毒的气体。与强氧化剂接触可发生化学反应。急性中毒与苯酚类似，引起头痛、头昏、烦躁、嗜睡、紫绀（由于高铁血红蛋白血症）、抽搐、心动过速、呼吸困难、体温及血压下降，甚至死亡。长期低浓度接触，则会引起呼吸道刺激症状及皮肤损害。所以如何利用技术手段检测间苯二酚的含量 是分析化学工作者需要解决的重要课题。 化学修饰电极是 20 世纪 70 年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学
3、的前沿领域，它的来源和兴起与整个化学和其它学科特别是电化学的研究密切相关。化学修饰电极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。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。 2-5 化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极 表面进行分子设计，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，造成某种微结构，赋予电极某种特定的化学和电化学性质，以便高选择性地进行所期望的反应，在提高选择性和灵敏度方面具有独特的优越性。利用化学修饰电极表面上的微结构所提
4、供的多种能利用的势场，使待测物进行有效的分离富集，并借控制电极电位，进一步提高选择性，同时把测定方法的灵敏性和修饰剂化学反应的选择性相结合，成为分离、富集和选择性三者合而为一的理想体系。主要用于间苯二酚电分析中的电极的修饰材料包括间苯二酚在金纳米粒子、 碳纳米管 /纤维、聚吡咯薄膜 等修饰电极。 碳纤维化学修饰电极应用于分析，前景广阔，无论是无机物、有机物，还是生物样品的测定，化学修饰电极将发挥越来越大的作用。人们可以根据需要，研制出各种高选择性、高灵敏度的修饰电极，测定在常规电极上无响应的某些分子。化学修饰电极已成为电化学研究中的重要组成部分和前沿课题，但这类电极特别是聚合物修饰电极稳定性还
5、有待于进一步提高，以延长电极的使用寿命，进而方便、准确地用于各种分析 6-8。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 电催化研究 化学修饰电极电催化的实质就是通过改变电极表面修饰物来大 范围地改变反应的电位和反应速率，使电极除具有传递电子的功能外，还能对电化学反应进行某种促进与选择。化学修饰电极表面的修饰物可以是分子、原子、化合物和聚合物筹，这就为电催化的应用展示了较宽的领域，而且有其独特的优点：化学修饰电极电催化可以将催化剂与反应物、产物容易地分开；可以随意地调节电极电位的大小和正负，方便地改变电化学反应的方向、速率和选择性；化学修饰电极电催化较常规电催化节省催化剂，并且电极表面具有高活性中
6、心。尤其是用聚合物膜固定催化剂可以在电极表面实现三维的均相催化，反应物在聚合物膜内可充分地与催化剂 接触，改变了常规界面电催化的反应维数，提高了催化效率 9-12。 2.2 在电化学发光中的应用 20 世纪 90 年代初，刘忠范等人深入研究了偶氮苯衍生物 LB 单分子膜独特的光电化学响应，并提出了这种高度有序的分子组装体系在超高度信息存储等分子电子学领域的应用前景。 2.3 在电池电极上的应用 电极材料种类的稀少，是电池研制中一个大问题，而化学修饰电极的出现为新电池的研究提供了新选择。 2.4 在配位化学研究中的应用 化学修饰电极研究络合物具有电信号的灵敏和直接反应特性的优点。可从两种方式来进
7、行研究，一是直接把络合物修 饰到电极上或先制备某种功能团的修饰电极，以便吸附溶液中的络离子。 2.5 在分析化学中的应用 (1) 电化学传感器： (2) 在伏安分析、电位溶出中的应用； (3) 在流动体系中的应用； (4) 在光电联合技术中的应用； (5) 在生物传感器中的应用。 用修饰电极应用到电化学分析方法具有分析速度快，操作简便易行，成本低，试剂用量少，检测灵敏度高等特点，有更好的选择性，所以修饰电极有一定的应用前景 13-17。 三、 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 研究内容：研究间苯二酚在碳纤维 修饰电极上电化学反应过程，分析碳纤维修饰电极对间苯二
8、酚的电化学反应的催化作用，对间苯二酚的电化学催化效果，应用电化学技术进行间苯二酚的检测的可行性。同时研究了碳纤维管的用量、复合膜的层数、 pH 值、介质和扫速等条件对间苯二酚的电化学信号的影响情况。 技术路线：利用循环伏安法研究了玻碳电极、碳纤维修饰玻碳电极在间苯二酚溶液中的电化学行为。 难点：由于间苯二酚在传统的金、玻碳电极上的电化学响应信号非常弱，因此空白玻碳电极用于间苯二酚的电化学测验时灵敏度不够。 由于修饰电极的电化学分析方法属于新兴技术，同行业的研究 较少，可查的权威性文献期刊业相对缺乏。 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
9、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间苯二酚的催化测定。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
10、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 李文骁，李付刚，于守智，张今越 .间苯二酚的技术进展 J. 精细化工原料及中间体 . 2008，5: 26. 2 姚长斌，景丽洁 ，宫柏艳，张丽梅 .化学修饰电极应用研究进展 J. 河南化工 . 2002 年，2: 5. 3 董绍俊，车广礼，谢远武 . 化学修饰电极 M . 北京：科学出版社 . 1995. 4阳明福，但德明，宋鸿兹 .聚合黄素修饰电极的制备和性质 J . 分析化学 . 1998年， 26(9): 1156. 5方禹之，于
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12、子 / 碳纳米管修饰电极上的电化学行为 . 分析科学学报 . 2010 年 6 月， 26（ 3）： 329. 10 赵凯元，王吾清 . 1-(2-吡 啶偶氮） -2-萘酚修饰的铅笔芯电极上铜的阳极溶出伏安特性 .分析化学 . 1998 年， 26（ 7）： 914. 11 何品刚，于雁灵，方禹之 . 硫辛酸修饰碳纤维微电极在抗坏血酸共存下选择性测定神经递质多巴胺 . 分析化学 . 1996 年 , 24(4): 407-410. 12 黄志勇，陈国树，彭在姜 . 分析化学 . 1998年， 26(11): 1298. 13 王术皓 , 王良玉 , 马春林 . 分析科学学报 . 2003年 , 19(3): 63. 14 杨景和，马文元 . 光谱学与光谱分析 . 1998年， 18(5): 633. 15 吴根华，何池洋，陈荣 . 光谱学与光谱分析 . 2002年 ， 22(5): 813. 16 王雪明，鲍燕燕，稽杨 . 药物分析杂志 . 1998年 ， 18(6): 406. 17 Grabar K C , Freeman R G, Hommer M B , Natan M J . Anal. Chem. . 1995 , 67 : 735.
