功能氧化物/碳纳米纤维复合材料的制备和电催化性能研究

过渡金属氧化物有丰富的价态和价电子层构型，可广泛应用于催化、传感、电子等领域；而碳纳米纤维拥有良好的导电性、生物相容性及高的比表面积等优点，同时其表面具有丰富的官能团。若将上述两者有机复合，无疑会获得单组份材料不具有的性能并能极大地扩展复合材料的应用范围。.本申请旨在探索温和的液相体系中功能氧化物/碳纳米纤维复合材料的制备和组装行为及目标产物的电催化性能。通过选择合适的反应物、溶剂和桥梁分子，探索合成有特定组成、结构、形貌和尺寸的功能氧化物(ZnO、Cu2O、MnO2等)/碳纳米纤维复合材料的最佳条件。研究产物的组成、结构、形貌和尺寸对其电催化性能的影响，筛选出具有优良电催化性能的复合材料，并在此基础上构建电化学生物传感器。.该项目的成功实施，将丰富功能氧化物/碳纳米纤维复合材料的制备技术，并获得稳定、灵敏的生物传感器，对生物体系及环境领域的分子检测，具有重要的学术和应用价值。

对于电化学应用而言，由于各组分间的协同作用，负载过渡金属氧化物的电催化剂具有广阔的应用前景。因此控制合成负载型的过渡金属氧化物非常必要，可以以此来提高它们的重要特性如电活性、选择性以及稳定性。纳米结构负载材料如碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯的出现为新型负载过渡金属氧化物电催化剂提供了更多的选择。. 在本项目中，我们使用碳纳米纤维作为负载材料，利用温和的液相体系合成了负载4大类过渡金属氧化物的复合材料电催化剂，这些过渡金属氧化物包括锰氧化物MnO2和Mn3O4；铁系氧化物Co3O4, NiO和Ni(OH)2；铜氧化物Cu2O和CuO；以及锌氧化物ZnO。利用构建的功能氧化物/碳纳米纤维复合材料作为生物传感器，成功实现了对过氧化氢的催化氧化，并应用于葡萄糖和胰岛素等生物分子的检测。我们的结果表明，酸化基团和氨基基团对于过渡金属氧化物与碳纳米纤维的复合来说具有重要影响。与单独的过渡金属氧化物电催化剂相比，过渡金属氧化物/碳纳米纤维的纳米复合物对目标分析物表现出更强的电催化性能。除此之外，我们还发现具有特殊形貌的过渡金属氧化物电催化剂包括MnO2纳米线和花状的CuO，也表现出好的电催化性能。. 本项目共发表学术论文7篇，其中SCI论文5篇；参加了3次国内学术会议，发表会议论文2篇，增加了与国内同行交流合作的机会；培养研究生4名。本项目拓展了功能过渡金属氧化物/碳纳米纤维纳米复合物的制备技术，同时获得了性能稳定、灵敏的用于检测生物体系分子的电化学生物传感器，具有重要的学术和应用价值。本项目成功的制备复合材料的策略也有望于拓展到制备其它类型的复合材料并应用于目标物的传感设计。