纳米多孔金在分析化学中的应用进展.pdf

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1、第4l卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第1期2013年1月ChineseJournalofAnalyticalChemistry137—144———DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．20797i评述与进展3石纳米多孑L金在分析化学中的应用进展郑力拓魏玉磊龚河卿钱磊(材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，山东大学材料科学与工程学院，济南250061)摘要纳米多孔金作为一种新型纳米金属材料，近年来逐渐受到了研究者的广泛关注，其具有比表面积高、导电性好和结构灵活可控等特点。由于

2、其特殊的结构与性质，纳米多孔金在催化、传感、分离、能源等许多领域已得到广泛地应用。本文综述了近五年来纳米多孔金在分析化学中的应用和最新进展。关键词纳米多孔金；分析化学；生物传感器；综述1引言1963年，人们首次利用透射电镜观察了Au—Ag合金腐蚀后的微观结构，发现经过腐蚀处理后的合金呈现纳米多孔形态【】]。此后，虽然有关纳米多孔金的制备和应用的研究被报道过，但直到近几年，特别是采用去合金方法可制备出新颖的纳米多孔金属材料，人们才开始广泛地研究纳米多孔金的制备、性能及在各个领域中的应用f2~。纳米多孔金是一种

3、具有纳米级孔结构的金属材料，内部为大量三维相互贯通的纳米级尺度的孔隙和骨架，其不仅有金属的导电性、延展性等特性，也具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等纳米材料特有的性质。另外，其多孔结构也使其具有比表面积高、密度低、通透性好、导电性高等特点。随着现代科学技术的不断发展，对于纳米多孔金的结构和性能的研究也在不断深入和扩展，目前纳米多孔金已被广泛应用于催化、传感、分离、过滤、生物材料、燃料电池等领域]。由于纳米多孔金具有独特的孔结构，高的比表面积和良好的导电性，可在分析化学研究领域作为理想的基

4、底材料¨加]。例如，高的比表面积可以增加电极的活性面积和电活性物质的负载量；纳米级孔结构和金属导电性使其对某些物质具有高度催化活性；纳米多孔金还可作为光学信号的增强基底。国内外有关纳米多孔金的综述虽已有报道，但大多数集中于纳米多孔金的制备和性能，对于其在分析科学中的应用却未涉及l3~趴。本文综述了近5年纳米多孑L金在分析化学领域，特别是电分析化学中的应用和最新进展，为拓宽纳米多孔金在分析化学中的研究和应用奠定基础。2纳米多子L金的制备纳米多孔金的制备一直是纳米多孔金领域研究的重点。从微观角度而言，孔结构能够

5、明显影响材料的性质，对材料性质的好坏起到关键作用。因此，纳米多孑L金孔结构的控制对其性能、应用等方面的研究有着重要意义。纳米多孑L金的制备方法主要包括去合金法、模板法和电化学法。2．1去合金法去合金法是利用不同金属之间活性的差异，在腐蚀性溶液中将合金中的一种或多种金属选择性溶解，从而得到单一组分的纳米多孔金[12I】。去合金后，材料的宏观尺寸通常没有太大的变化，而在微观结构上发生明显变化，可形成纳米级孑L结构(图1)。在金属材料领域中，去合金现象以前一直是要刻意避免的腐蚀现象】。如今，人们认识到去合金可作为

6、一种制备纳米多孔金属材料的新方法。目前的研究主要集中在Au．Ag合金体系的去合金】，这是因为金与银能在所有组成下形成完美的单相无限固溶体，同时其具有足够大的标准电极电势差]。当银原子被腐蚀溶解时，金原子则在界面上迅速扩散2012-07-27收稿：2012-o9-24接受本文系国家自然科学基金(No．51202130)，山东省自然科学基金(No．ZR2012BQo叭)和山东大学自主创新基金(No．2011TB015)资助项目E—mail：qleric@sdu．edu．cn第1期郑力拓等：纳米多孔金在分析化学中

7、的应用进展139抛光的铂电极提高180倍(图2a)。采用用湿法冶金方法在纳米多孔铜表面修饰上一层纳米金，用作基底的纳米多孔铜的孔径约为20—30nlTl，经过30min的置换反应后，Au层的厚度约为2～5nm；修饰电极对甲醇表现出高度电催化氧化活性，并且在循环使用500次后，仍能保持最初电催化效果的90％，而对于普通的纳米多孔金，仅为最初值的57％[35】。欠电位沉积法可将不同量的铂分别修饰到纳米多孔金膜上，并将其用于甲醇的催化氧化反应。实验表明，电催化活性随着Pt量的增加而增大(图2b)】。修饰铂的纳米多

8、孔金对甲酸等有机小分子也具有一定的电催化活性，与铂胺催化剂相比，其对甲酸、乙酸、乙醇的催化效率都要更高，在铂的利用率接近理想的情况下，其对甲酸的催化氧化电流密度能达到5100A／g，比市面上买到的普通催化剂高两个数量级。童善图2(a)修饰铂的纳米多孔金(实线)和抛光的铂电极(虚线)在含有50mmol／L葡萄糖的磷酸缓冲溶液(pH9．8)中的阳极伏安曲线，扫速：5mV／sp4]。(b)修饰不同量铂的纳米多孔金和Pt