普鲁士蓝碳纤维修饰电极电催化过氧化氢的研究[设计、开题、综述]
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BI YE SHE JI（二零届）普鲁士蓝/碳纤维修饰电极电催化过氧化氢的研究所在学院专业班级环境工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要利用电化学方法在碳纤维（CNF）修饰的玻碳电极表面聚合一层普鲁士蓝（PB）（PB/CNF/GCE），制备了一种新型的过氧化氢（H2O2）传感器。
研究了该传感器对H2O2的电催化作用。
讨论了支持电解质种类、酸度、电位和扫速等对H2O2响应的影响。
经研究表明，该传感器在以1.0 mol/L KCl为支持电解质的磷酸盐溶液（pH=3）中，对H2O2具有明显的催化效应。
关键词普鲁士蓝，碳纤维，化学修饰电极，过氧化氢Abstract:A novel method for the fabrication of a hydrogen peroxide sensor was developed by electrodepositing Prussian blue on the carbon fiber modified glassy carbon electrode (PB/CNF/GCE). Discussed the types, acidity, supporting electrolyte potential and sweep speed on the influence of hydrogen peroxide response. The study shows that the sensor in 1.0 mol/L KCl supporting electrolyte phosphate solution for (pH =3) on H2O2, has the obvious catalytic effect.Keywords: Prussian blue, carbon fiber, modified electrode, hydrogen peroxide目录摘要 (I)Abstract...................................................... ........................................ .. (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 基本情况 (1)1.1.1 过氧化氢在各个方面的方面应用 (1)1.1.2 过氧化氢的危害 (1)1.1.3 过氧化氢的检测方法 (1)1.2 实验中对过氧化氢检测的方法 (5)1.3 有关概念 (5)1.3.1 各种电分析方法的简介 (5)1.3.2 电极 (6)2 实验部分 (7)2.1 仪器与试剂 (7)2.2 修饰电极的制备 (7)2.3 实验内容 (7)2.3.1 0.01 mol/L FeCl3的制备 (7)2.3.2 0.01 mol/L K3[Fe(CN)6]的制备 (8)2.3.3 1.0 mol/L KCl的制备 (8)2.3.4 磷酸盐缓冲液（PBS）的配制 (8)2.3.5 过氧化氢检测的方法 (9)3 结果与分析 (10)3.1 底液和酸度的选择 (10)3.2 修饰电极的化学表征 (11)3.3 电位对峰电流的影响 (12)3.4 修饰电极对过氧化氢的催化作用 (12)3.5 重现性和稳定性 (14)4 结论 (16)致谢 (17)参考文献 (18)1 绪论过氧化氢是一种重要化工原料，它广泛用于纺织、造纸、化工、医药、食品、矿冶、电子、环境保护、杀菌剂和消毒剂，表面处理、农业废料加工等行业[1]。
以碳纤维（CNF）气体电极为阴极，石墨为阳极，构成电化学体系现场产生H2O2，建立了各参数对于H2O2产生量的拟合模型。
本次实验利用循环伏安法（CV）在修饰了碳纤维（CNF）的玻碳电极（GCE）表面电聚合了一层PB 膜，研究了H2O2在PB/CNF、PB/GCE 修饰电极上的催化还原行为。
1.1 基本情况过氧化氢（H2O2）又称双氧水，系无色透明液体，溶于水、醇及醚．是重要的氧化剂、漂白剂和消毒杀菌剂。
1.1.1 过氧化氢在各个方面的方面应用在轻工业面广泛用作漂白材料，例如各种纤维、废纸脱墨、动物毛皮、油脂、象牙和草制品等的漂白，也用于半导体材料的清洗，金属电镀液的处理。
在化工方面，广泛用于制备环氧化合物、有机过氧化合物和元机过氧酸等。
在环保方面，可以用于杀菌和废水、废气处理。
在医疗方面，过氧化氢用于消毒和一些疾病治疗。
1.1.2 过氧化氢的危害虽然过氧化氢在很多方面都有一定的用途，但过氧化氢同任何化工产品一样，对人体也有一定的危害作用。
过氧化氢可致人体遗传物质DNA损伤及基因突变，与各种病变的发生关系密切。
过氧化氢可导致老鼠及家兔等动物致癌。
对人类具有致癌危险性。
作为强氧化剂通过耗损体内抗氧化物质，使机体抗氧化能力低下，抵抗力下降，进一步造成各种疾病。
过氧化氢可能导致或加重白内障等眼部疾病。
其通过呼吸道进入可导致肺损伤。
多次接触可致人体毛发。
包括头发变白、皮肤变黄等。
小分子过氧化氢经口摄入后很容易进入体内组织和细胞，可进入自由基反应链，造成与自由基相关的许多疾病。
1.1.3 过氧化氢的检测方法（一）电化学分析法化学修饰电极是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域之一, 它是在电极表面进行分子设计, 将具有良好化学性质的分子、离子或聚合物设计固定在电极表面, 使之具有特定的化学和电化学性质。
（1）普鲁士蓝（PB）复合膜修饰玻碳电极测定法[2]作为第一种人工合成的聚合物，普鲁士蓝( Fe4|[Fe( CN )6 ]3·aq，Pussian Blue，简称PB )，其应用领域从简单作为染料、显色剂，直到作为核电站废水的吸附剂，电化学的电极修饰材料、电显色剂、电池电极材料等。
普鲁士蓝及其衍生物具有优良的电化学可逆性，高度的稳定性，制备成本低等优点，因而在化学修饰电极、电显色、二次电池等方面具有很大的应用前景。
普鲁士蓝及其衍生物的三维网状结构在无机结构中是独特的, 在低密度, 易掺杂溶剂以及可变的结构和计量学等许多方面, 与交联的有机聚合物类似, 还具有沸石特性, 能在水溶液中很快地与碱金属离子发生交换。
[12,14,24]（2）新亚甲蓝修饰玻碳电极测定法[3,23]利用新亚甲蓝(NMB)为中间媒介体，以对苯二甲醛为桥联试剂将其与辣根过氧化物酶(HRP)修饰于玻碳电极表面，制备成过氧化氢电化学传感器。
该传感器能快速地对过氧化氢响应，线性范围为0.0～75.0 moL/L ，检出限低至0.278 moL/L。
该方法用于检测过氧化氢简单快速而又灵敏，性能稳定。
（3）纳米材料修饰电极[4,25]纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1～102nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
纳米材料的特殊性能使得纳米材料修饰电极也具有以下特性：a. 表面效应纳米粒子的表面原子数与总原子数的比例随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
b. 体积效应由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少。
c. 量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为量子尺寸效应。
(4) 甲氧苄啶修饰玻碳电极安培法[13]电化学生物传感器测定H2O2的方法主要是电流法即氧化过氧化氢产生电流。
镍和氧化镍是一种常见的电子传递介体，用于过氧化氢和葡萄糖的电化学检测。
也有纳米铜修饰电极测定H2O2的报道。
甲氧苄啶( TMP)是磺胺类药物增效剂，其化学名称为5-[(3，4，5-三甲氧基苯基)甲基]-2,4-嘧啶二胺。
由于甲氧苄啶分子中在嘧啶环上有2个氨基, 比较活泼，容易发生氧化还原反应，有文献报道用电化学方法对其进行检测。
因此甲氧苄啶可在一定电位条件下进行氧化，并能使氨基结合在玻碳电极表面，从而在电极表面修饰甲氧苄啶膜。
（5）Fe3O4纳米粒子[12,16]利用FeSO4与FeCl3合成了超细磁性Fe3O4纳米颗粒，并进一步利用该纳米颗粒与铁氰酸钾在酸性溶液（pH 2）中的化学反应成功制备了一种新型的磁性普鲁士蓝纳米颗粒。
通过磁力将其修饰于固体石蜡碳糊电极表面制成了化学修饰电极。
该化学修饰电极可对过氧化氢和水合肼进行测定，线性范围分别为过氧化氢2×106～5×103 mol/L, 水合肼7.2×107～3.6×104 mol/L。
利用磁性普鲁士蓝纳米颗粒制得的修饰电极具有催化性能高、稳定性好、表面易更新等优点。
（6）生物传感器[12,16，17]化学与生物传感器具有选择性好、灵敏度高、测定简便快速等优点，在各领域得到广泛的应用。
但由于通常的化学与生物传感器制作过程较为复杂，使用寿命有限，电极的更新常令人感觉烦琐，尤其在流动分析体系（如用于FIA和色谱检测器）中对电极的更新处理更是非常不便。
近来出现的基于高分子磁性微球的分离检测法能够很好地将生化物质的分离富集与检测集于一体。
但该法要求被固定的物质能够与微球表面的醛基或羧基反应，而对于不易进行此类反应的物质，则难以适用。
(二) 中红外、近红外光谱法[5,26]中红外、近红外光谱作为一种无污染的快速检测方法，已经广泛地用于各种工业分析领域，但是在过氧化氢水溶液中H2O2 含量的定量分析还处于探讨阶段。
（三）高效液相色谱法[6,7]（四）分光光度法[7,11]分光光度法由于操作简便、快速且仪器价格低廉而广泛应用。
（五）碱性藏花红T 荧光猝灭法[8]在NH3·H2O2NH4Cl缓冲溶液中, Cu2+ 催化下,H2O2 氧化碱性藏花红, 使其荧光猝灭, 荧光猝灭程度与H2O2 在一定范围内呈线性关系。
建立了荧光光度法测定痕量H2O2 的新方法, 用正交法确定最佳测定条件。
方法操作简单。
（六）酶化学法酶化法测除H2O2 后的其他氧化物含量。
方法是取采样后部分溶液测过氧化氢和其他强氧化物的总量，然后利用过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解成O2 和水，使过氧化氢失去氧化性的特点。
测另一部分样品溶液加过氧化氢酶后的其他氧化物含量。
根据两次测定结果之差，计算样品中过氧化氢的含量。
（七）滴定法（1）高锰酸钾法[7,9]高锰酸钾是一种强氧化剂，它的氧化作用和溶液的酸度有关，在强酸性介质中(例如硫酸)，以Mn2+作为催化荆，用高锰酸钾溶液直接滴定，过氧化氢被MnO2定量氧化。
利用过量的高锰酸钾溶液的颜色——粉红色指示终点。
根据高锰酸钾标准溶液的消耗量。
测定过氧化氢的含量。
其优点为高锰酸钾作为强氧化剂。
可以直接滴定过氧化氢。
高锰酸钾本身有颜色，自身可作为指示剂。
