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1、 纳米SiO2Al2O3Fe2O3CuO电极的制备及性质Preparation and Nature of Nano electrode based on SiO2Al2O3Fe2O3CuO目录中文摘要IAbstractII引言1第1章 绪论31.1 纳米材料简介31.1.1 纳米材料的分类31.1.2 纳米材料的特性及其应用41.2 纳米材料的制备方法51.3 溶胶-凝胶法51.3.1 溶胶-凝胶法特点61.3.2 溶胶-凝胶法的工艺过程61.3.3 溶胶凝胶法的应用81.3.4 问题与发展方向8第2章 实验部分102.1 实验仪器和主要试剂102.1.1 实验仪器102.1.2 实验试剂1
2、02.2 纳米电极的制备方法102.3 纳米电极表面薄膜致密性的研究112.4 纳米电极在不同阳离子缓冲溶液中的反应11第3章 结果与讨论123.1 不同配方的研究123.1.1 50%Fe2O3纳米电极的性质123.1.2 40%Fe2O3纳米电极的性质153.1.3 掺杂后纳米电极的性质193.2 SEM形貌观测:21结 论22致 谢23参考文献24纳米SiO2Al2O3Fe2O3CuO电极的制备及性质摘要：纳米科学技术是21世纪科学发展的主流之一，是渗透于现代科学各个领域的大跨度科学，具有十分广阔的发展前景，它的迅猛发展将对几乎所有的工业领域产生根本性的变革，纳米材料是纳米技术中最活跃和
3、最具有应用潜力的研究方向。而作为制备纳米材料技术之一的溶胶-凝胶法愈来愈引起人们广泛的重视，溶胶-凝胶法用于制备单组份化合物虽可追溯到150年之前，但真正具有实用价值，特别是用于制备陶瓷和玻璃，却还是近20年才兴起的，且发展迅速，应用范围日益广泛，国内不少大专院校，科研单位开展了这个领域的研究，并取得了一定成果。本论文详细介绍了用溶胶-凝胶法制备纳米SiO2Al2O3Fe2O3CuO电极的具体方法：按照一定的配比将硝酸铁、硝酸铝、硅酸钠固体溶解于柠檬酸溶液中，经过水浴加热形成凝胶状，以含量为99.5%的铜丝为基体浸提，再经过反复浸提、晾干，最后烘干、烧结制成。实验结果发现当电极组分中Fe2O3
4、含量为50%，SiO2含量为25%时和Fe2O3含量为40%，SiO2含量为30%左右时，电极表面最易形成均匀致密的纳米材料薄膜，即当电极组分中Fe2O3含量为50%时，SiO2Al2O3Fe2O3CuO纳米材料的最好涂覆浓度为25%，电极组分中Fe2O3含量为40%时，SiO2Al2O3Fe2O3CuO纳米材料的最好涂覆浓度为30%，且此时电极电阻非常大，电极表面的氧化物薄膜最致密均匀。关键词：纳米材料 溶胶-凝胶法 浸提Preparation and Nature of Nano electrode based on SiO2Al2O3Fe2O3CuOAbstract：Nano-scien
5、ce technology is one of the mainstream of scientific development in the 21st century , It is a large span of scientific penetration in the various fields of modern science, with a very broad prospects for development. Its rapid development will change almost all the industrial sectors. Nano-material
6、 is the most active and potential research direction.As the one of the preparation of nano-material, sol-gel method is becoming more and more aroused widespread attention, Although sol-gel method for the preparation of one-component compound can date back to 150 years ago, the real practical value r
7、ises before nearly 20 years ago especially for the preparation of ceramic and glass. It develops very rapid, increasing scope of application,Many domestic institutions,scientific research units to carry out the research in this field, and obtain some results. This paper introduces in detail the spec
8、ific methods of nanometer materials of the Silicon dioxideAluminaFerric oxideCopper oxide by sol-gel methods. According to a certain proportion dissolve the ferric nitrate, aluminum nitrate,sodium silicate solid into the citric acid solution. After water bath heating forming sol,to leach with the co
9、pper which content is the 99.5%, After repeated leaching,drying, baking,made from the Nano electrode.Experimental results show that when the electrode component content of Fe2O3 is 50%, SiO2 is 25% and Fe2O3 is 40%, SiO2 is 30%, the electrode surface can form nano material film easily, that is when
10、the content of the Fe2O3 is 50%, the best concertration of the SiO2Al2O3Fe2O3CuO nanometer material is 25%, when the content of the Fe2O3 is 40%, the best concertration of the SiO2Al2O3Fe2O3CuO nanometer material is 30%,And the resistance of the electrode is very large, the surface of the electrode
11、is the most dense and uniform.Keywords:nano-materials; sol-gel method;leach引言在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富
12、有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方每时400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘；成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器；价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件；用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业
13、及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1-100nm）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳
14、米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计、异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合，纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。本论文研究的目的是研究纳米SiO2Al2O3Fe2O3CuO电极的制备及性质,在纳米二氧化硅基涂层电极中掺杂一些特殊的金属或非金属元素，不仅可以改变涂层的电性能，而且也会影响涂层的电催化活性，稀土氧化物的添加，将在其内层半导体能带中引入深能级杂质能带，
15、这种结构类似于在半导体材料中添加硅，磷等杂质形成半导体能带，这些能带为电子的传输提供了一个能级教的的通道，有利于进一步改善电极材料的电性能。此外，稀土元素特殊的4f电子结构，使得稀土原子极易因极化发生形变，从而以填隙或置换的方式进入二氧化硅劲歌内部，在半导体材料内形成缺陷，如空位、空穴等，这些缺陷对电极材料性质的影响很大。已有研究表明，金属或非金属元素掺杂是一种简单、经济而高效的改性途径；目前，关于稀土元素掺杂改性方面的文献报道主要为一种稀土元素掺杂，而两种或多种稀土元素共掺杂方面的报道尚少，本实验尝试掺杂稀土元素氧化铈、硝酸钴来改善纳米电极的灵敏度。第1章 绪论1.1纳米材料简介 纳米材料被
16、誉为21世纪的新材料，纳米材料的物理化学性质不同于微观原子、分子，也不同于宏观物体，纳米介于宏观世界与微观世界之间1。纳米技术是在1-100nm尺度范围内，研究电子、原子和分子运动规律与特征的一门新兴学科，其研究的目的是按人的意志，直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能特性的材料与制品2。纳米技术涵盖纳米材料、纳米电子和纳米机械等技术。目前可以实现的技术是纳米材料技术。纳米技术的出现，无疑是现代科学的重大突破，它在材料科学、凝聚态物理学、机械制造、信息科学、电子技术、生物遗传、高分子化学以及国防和空间技术等众多领域都有着广阔的应用前景，因而对它的研究受到了世界范围的高度重视
17、。1.1.1纳米材料的分类 在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄体。随着研究的不断深入，纳米材料的概念不断拓宽，内涵不断扩大。现广义上讲，纳米材料是指三维尺寸中至少有一维处于纳米尺寸范围或由其基本单元构成的材料。如果按维数，纳米材料的结构单元可以分为三类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒； 一维：指在空间有二维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米管等； 二维：指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜3；按照形态一般分为四类： 纳米颗粒型材料，指应用时直接使用纳米颗粒的形态； 纳米固体材料，指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热
18、处理工序后所生成的致密性固体材料； 颗粒膜材料，指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜； 纳米磁性液体材料，是由超细微粒包覆一层常见的有机表面活性剂，高度弥散一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。1.1.2纳米材料的特性及其应用 粒子的超微化呈现出许多优异性能，具体表现在量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应与量子隧穿和介电限域效应等方面。 量子尺寸效应4：当例子尺寸下降到某一值时，金属费米能级（费米能级基态下最高的被充满的能级）附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级、能隙变宽现象均称为量子尺
19、寸效应。 小尺寸效应5:当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，非晶态纳米微粒的表面层附近原子密度减少，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应。 表面效应6：当颗粒小到一定尺寸时，其表面积显著增大，从而改变颗粒的化学势，引起一系列热力学性质的改变，如化学反应中的物理、化学平衡条件的改变。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称隧道效应。近年来人们发现一些宏观量，如微粒的磁化强度、量子相关器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。 库仑堵塞效应与量子隧道效应7：当体系的尺寸进入纳米级(一般金属粒子为几个纳米，半导体为几十个纳
20、米)，体系是电荷“量子化”的，即充电和放电过程是不连续的。 介电限域效应：介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象，主要来源于微粒表面和内部局域强的增强。 力学性能：纳米晶体普遍存在细晶强化效应8，即材料的硬度和强度随防晶粒尺寸的减小而增大。 电学性质：由于晶界上原子体积分数的增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料9，另外GMR(巨磁阻)观察非常明显，磁场中粗晶的电阻仅下降1%-2%，而纳米材料的电阻下降50%-80%。 磁学性能：随着晶粒尺寸的减小，样品的磁有序状态将发生本质的变化。粗晶状态下为铁磁性材料，当晶粒尺寸减小到某一临界值时，可以转变为顺磁性状态。 热学性能
21、：纳米材料的比热大于传统的粗晶材料，纳米金属和合金的比热CP比同类粗晶材料高出10-80。 正是由于纳米材料具有上面的效应，才使它表现出令人难以置信的奇特的宏观物理特性：高强度和高韧性；高热膨胀系数、高比热容和低熔点；异常的导电率和磁化率；极强的吸波性；高扩散性等。1.2纳米材料的制备方法 纳米材料的制备是纳米科学发展的基础。由于纳米粒子具有不同于块体材料的特征，其制备、表征和应用引起人们的广泛关注。 目前对纳米材料的研究主要集中在两个方面。一是探索新的合成方法，发展新型的纳米材料。二是系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特征等，对照常规材料探究纳米材料的特殊规律，建立描述和表征纳米材料的新
22、概念和新理论。纳米材料的研究现已从最初的单相金属发展到了合金，化合物，金属一有机载体，化合物一有机载体等复合材料以及纳米管，纳米纤维等。它的制备方法也日新月异，除了常见的蒸发冷凝法10，球磨法11，沉淀法12，溶胶一凝胶法13，水热一固相热解法14和热等离子体法15外，近来又出现了脉冲电子沉淀法16，电弧蒸发法17，机关高温烧结法18，超临界流体的迅速扩张法19，辐射合成法20，微乳液法21及模板合成法22等新方法。 上述方法制备的纳米材料多数为粉体，存在粉体的团聚现象。团聚现象不仅影响粉体的分散性，而且影响粉体的其他物化性质。纳米功能薄膜的制备中，由于沉积层的堆积和团聚，使其性能降低，影响其
23、功能。1.3溶胶-凝胶法 本实验制备纳米电极所用的方法为溶胶-凝胶法，简称S-G法,就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。近年来，溶胶-凝胶技术在玻璃、氧化物涂层和功能陶瓷粉料，尤其是传统方法难以制备的复合氧化物材料、高临界温度(Tc)氧化物超导材料的
24、合成中均得到成功的应用。1.3.1溶胶-凝胶法特点 溶胶-凝胶法与其它方法相比具有许多独特的优点：由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合；由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂；与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需要较低的合成温度，一般认为溶胶-凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此反应容易进行，温度较低；选择合适的条件可以制备各种新型材料。但是，溶胶-凝胶法也不可避免的存
25、在一些问题，例如：原料金属醇盐成本较高；有机溶剂对人体有一定的危害性；整个溶胶-凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；存在残留小孔洞；存在残留的碳；在干燥过程中会逸出气体及有机物，并产生收缩。 目前，有些问题已经得到解决，例如：在干燥介质临界温度和临界压力的条件下进行干燥可以避免物料在干燥过程中的收缩和碎裂，从而保持物料原有的结构与状态，防止初级纳米粒子的团聚和凝聚；将前驱体由金属醇盐改为金属无机盐，有效的降低了原料的成本；柠檬酸一硝酸盐法中利用自燃烧的方法可以减少反应时间和残留的碳含量等等。1.3.2溶胶-凝胶法的工艺过程 在Sol-Gel的全过程中，金属醇盐、溶剂、水及催化剂组成均相溶液
26、，由水解缩聚而形成均相溶胶；进一步陈化成为湿凝胶；经过蒸发除去溶剂或蒸发分别得到气凝胶或干凝胶，后者经烧结得到致密的陶瓷体。同时，均相溶胶可以在不同衬底上涂膜，经过焙烧等热处理得到均匀致密的薄膜；也可以拉丝，得到玻璃纤维；以及均相溶胶经不同方式处理得到粉体。均相溶液的制备 这一步是制取包含醇盐和水的均相溶液，以确保醇盐的水解反应在分子级水平上进行。由于金属醇盐在水中的溶解度不大，一般用醇做溶剂，因为醇与醇盐溶液互溶，也跟水互溶，所以醇的加入量应适当，否则可能落入三元不混溶区。因为醇是醇盐水解产物对水解反应有抑制作用，为保证起始溶液均匀性，对配置的混合液必须施以搅拌。为防止反应过程中易挥发组分散
27、失，造成组成变化，一般需加回流冷凝装置。溶胶的制备 一般将制备溶胶的方法分为聚合法和颗粒法。对醇盐来说，这两种方法的区别在于加水量的多少。在溶胶凝胶法中，最终产品的结构在溶液中以初步形成，后续工艺与溶胶的性质直接相关，因此溶胶的质量是十分重要的。醇盐的水解和缩聚反应使均相溶液转变为溶胶，显然控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的前提。影响溶胶质量的因素主要有加水量、催化剂种类、溶液pH值、水解温度，醇盐品种以及在溶液中的浓度和溶剂效应等。凝胶化过程 溶胶向凝胶的转变过程，即聚合反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇，逐渐相互连接成三维网络结构，最后凝胶硬化。因此可以把凝胶化过程视为两个大
28、的粒子簇组成的一个横跨整体的簇，形成连续的固体网络。在不同介质中陈化时，凝胶的干缩结构也不同。在陈化过程中，胶体粒子逐渐聚集形成网络结构。但这种聚集和粒子团聚成沉淀完全不同。形成凝胶时，由于液相被包裹于固相骨架中，整个体系失去流动性，同时胶体粒子逐渐形成网络结构，并带有明显的触变性。凝胶的干燥 湿凝胶干燥时，表观上表现为收缩、硬固，产生应力，最后可能导致凝胶开裂。这是因为湿凝胶中包裹着大量水分，有机基团和有机溶剂。同时在干凝胶中留下大量开口和闭口气孔，这些孔将影响以后的烧结。使凝胶开裂的应力主要来自于凝胶骨架空隙中液体的表面张力所引起的毛细管力，它使凝胶颗粒重排， 体积收缩。干凝胶的热处理 热
29、处理的目的是消除干凝胶中的气孔，使制品的相组成和显微结构满足产品性能的要求。在加热过程中，干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇，260300发生OR基氧化300以上则脱去结构中的OH基。由于热处理伴随有较大的体积收缩，各种气体(CO2、H2O、ROH）的释放，加上OR基在非充分氧化时还可能碳化成碳质颗粒，所以升温速率不宜过快。凝胶经干燥，烧结转变成固体材料的过程是溶胶凝胶法的重要步骤，由多孔疏松凝胶转变成致密玻璃至少有4个历程：毛孔收缩，缩合聚合，结构弛豫和粘滞烧结。近年来，人们通过各种表征手段也研究了凝胶向材料转变过程中热力学和动力学行为以及结构变化。1.3.3溶胶凝胶法的应用 由于溶胶凝
30、胶技术在控制产品的成分及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已用该技术制成LiTaO2、LiNbO2、PbTiO3、Pb(ZrTi)O3、BaTiO3等各种电子陶瓷材料。特别是制备出形状各异的超导薄膜、高温超导纤维等。纳米粉体的制备方法中，溶胶凝胶法具有独特的优点。其反应中各组分的混合在分子间进行，因而产物的粒径小、均匀性高；反应过程易于控制，可得到一些用其他方法难以得到的产物；另外，反应是在低温下进行，避免了高温杂相的出现，因而产物的纯度较高。溶胶凝胶法是被广泛应用的制备纳米粉体的重要方法。在光学方面该技术已被用于制备各种光学膜，如高反射膜、减反射膜等和光导纤维、折射率梯度材料，有机染料掺杂型
31、非线形光学材料等以及波导光栅、稀土发光材料等。 在热学方面该技术制备的SiO2-TiO2玻璃非常均匀，热膨胀系数很小，化学稳定性也很好；已制成的InO3-Sn(ITO)大面积透明导电薄膜具有很好的热镜性能；制成的SiO2气凝胶具有超绝热性能等特点。 在化学材料方面用该技术制备的下列产品都具有独特的优点：超微细多孔滤膜具有耐温、耐压、耐腐蚀等特点，而且孔径可以调节；超细氧化物已被广泛应用在金属、玻璃、塑料等表面作为氧化物保护膜，其抗磨损和抗腐蚀能力大为增强；催化剂具有高比表面、大孔容和孔径均匀以及低的表观堆密度等特点；氧化物气敏材料具有良好的透气性，较大的比表面和均匀分布的微孔。目前，用该技术合
32、成的镧系氧化物燃料也已取得了重大突破，制得的ThO2及UO2具有良好的烧结性能。另外采用该技术制备的金属与陶瓷复合材料，也具有许多独特的功能。 除以上几种应用外，采用溶胶凝胶法制备In2O3薄膜材料，它具有低电阻及对乙醇、丁烷气体具有较高的灵敏度等特点；以硅酸乙酯和硝酸铝为主要原料，用溶胶凝胶法在不锈钢基体上制备出了均匀的铝硅酸盐陶瓷涂层，该涂层具有与基体的结合强度。1.3.4问题与发展方向关于溶胶凝胶技术的基本理论，工艺方法和应用尚待探索的问题有：对硅体系以外其他体系的详细动力学知识；与H2O、C2H5OH等普通溶剂相反的惰性溶剂的应用；凝胶在陈化过程中发生的物理化学变化多组分体系有关络合物
33、的形成和反应特性；非氧化物的溶胶凝胶制备化学。在溶胶凝胶工艺方面，对最佳工艺（干燥、烧结工艺）的探索，在尽可能短的时间内制备无裂纹整块玻璃仍是有较大兴趣的课题。在工艺方面值得进一步探索的问题：较长的制备周期；应力松弛，毛细管力的产生和消除，孔隙尺寸极其分布对凝胶干燥方法的影响；在凝胶干燥过程中加入化学添加剂的考察，非传统干燥方法探索；凝胶烧结理论与动力学等。此外，对粒子在溶液中的稳定性，颗粒度和结构控制的基础研究，可为最终实现有特殊功能的人造分子以及纳米层次的组装和纳米器件铺平道路。第2章 实验部分2.1实验仪器和主要试剂2.1.1实验仪器AL104N电子分析天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公
34、司）；PHS-3C型pH计（上海盛磁仪器有限公司）；数字电导仪DDS-11A型（上海大普仪器有限公司）；79-2单、双向磁力加热搅拌器（金坛市杰瑞尔电器有限公司）；HH-4恒温水浴锅（金坛市华峰仪器有限公司）；KSW电炉温度控制器（北京市光明医疗仪器厂）；电热鼓风干燥箱（天津市华北实验仪器有限公司）；数码显微镜（无锡市微迪精密设备有限公司）；JEOL.JSM-6701F型扫描电子显微镜（德国）；2.1.2实验试剂硝酸铁（Iron nitrate） (天津市大茂化学试剂厂)；硝酸铝（Aluminum nitrate）(天津市天大化工实验厂)；硅酸钠（Sodium silicate） (北京市昌平
35、石鹰化工厂)；柠檬酸（Citric acid） (北京北化精细化学品有限责任公司)；硝酸（Nitric acid） （洛阳市化学试剂厂）；硝酸铅（Lead nitrate） （北京化学化工厂）；硝酸钴（Cobalt nitrate） （天津市光复科技发展有限公司）；硝酸镍（Nickel nitrate） （天津市大茂化学试剂厂）；醋酸（Acetic acid） （天津市化学试剂批发部）；醋酸钠（Sodium acetate） （天津市大茂化学试剂厂）；2.2纳米电极的制备方法 本实验所用的纳米材料是由硝酸铁、硝酸铝、硅酸钠固体按照一定的配比溶解于柠檬酸溶液中经过水浴加热形成溶胶状体，将其裹附在
36、含量为99.5%的铜丝表面，再经过反复涂抹、晾干，最后烘干、烧结制成，具体方法如下：取0.3molL-1的柠檬酸溶液30ml置于50ml烧杯中，加入硝酸铁，硝酸铝，硅酸钠于柠檬酸溶液中在磁力搅拌器上搅拌均匀至完全溶解；将上述完全溶解的溶液置于85-90的恒温水浴锅中加热至溶胶状；取5cm的铜丝将其末端磨成半球形，涂覆上述溶胶3-5次，每涂一次自然晾干或烘干；将涂覆好的铜丝放入鼓风干燥箱中烘2个小时；待冷却后放入马弗炉中烧制至800-1000后恒温两个小时；待冷却后将烧结成的纳米电极用镊子小心取出，放在数码显微镜下观察其表面并拍照；2.3纳米电极表面薄膜致密性的研究 分别以制得各纳米电极为正极，
37、以纯铜丝为负极，在0.1molL-1的kcl溶液，测定各电极的电导。以甘汞电极为正极，以制得各电极为负极，在0.1molL-1的硝酸钾-柠檬酸溶液中测定各电极电势。待仪器显示数据稳定时记录其数据，并通过其电导值计算出电阻值。2.4纳米电极在不同阳离子缓冲溶液中的反应 配制浓度为0.1molL-1的硝酸铁、硝酸铝、硝酸铁、硝酸铅、硝酸钴、硝酸镍溶液； 配制PH=4.7的NaAc-HAc缓冲溶液； 取上述缓冲溶液40ml分别与这6种标准溶液的一系列浓度40ml混合，测电极电势；第3章 结果与讨论3.1 不同配方的研究3.1.1 50%Fe2O3纳米电极的性质各组分配比按照2.2中所示步骤，制得Fe
38、2O3为50%时SiO2组分不同的六批电极，电极各组分详情如表3.1所示表3.1 50%Fe2O3电极各组分详情Table 3.1 the component details of the 50% Fe2O3组分123456SiO25%10%15%20%25%30%Fe2O350%50%50%50%50%50%Al2O345%40%35%30%25%20%Fe2O3为50%时的电极电阻当Fe2O3为50%时，测得的电极在不同SiO2摩尔组分中的电阻如表3.2所示表3.2 50%Fe2O3电极在不同SiO2摩尔组分中的电阻Table 3.2 the resistance of different
39、 SiO2 mole fraction in 50% Fe2O3 electrode123456SiO2摩尔组分（%）5%10%15%20%25%30%电阻（）23.8124.5135.7138.8044.6426.32Fe2O3为50%时的电极电势当Fe2O3为50%时，测得的电极在不同SiO2摩尔组分中的电势如表3.3所示表3.3 50%Fe2O3电极在不同SiO2摩尔组分中的电势Table 3.3 the potential of different SiO2 mole fraction in 50% Fe2O3 electrode123456SiO2摩尔组分（%）5%10%15%20%
40、25%30%电势（mV）15113610014595130Fe2O3为50%时放大100倍后的照片 将制得的各纳米电极放在数码显微镜下放大100倍观察其电极表面，分别对各组分不同的电极拍照记录。图3.1 50%Fe2O3电极1号表面图Figure3.1 the first surface map of the 50% Fe2O3 electrode图3.2 50%Fe2O3电极2号表面图Figure3.2 the second surface map of the 50% Fe2O3 electrode 图3.3 50%Fe2O3电极3号表面图Figure3.3 the third surfa
41、ce map of the 50% Fe2O3 electrode 图3.4 50%Fe2O3电极4号表面图Figure3.4 the fourth surface map of the 50% Fe2O3 electrode 图3.5 50%Fe2O3电极5号表面图Figure3.5 the fifth surface map of the 50% Fe2O3 electrode图3.6 50%Fe2O3电极6号表面图Figure3.6 the sixth surface map of the 50% Fe2O3 electrode通过以上图可以看出，当电极各组分中Fe2O3含量固定为50%
42、时，组分中SiO2含量为25%时所制得电极电阻较大，铜丝表面形成的氧化物薄膜较均匀致密，在铜丝表面较易形成氧化物薄膜。50%Fe2O3纳米电极对各离子的响应表3.4 50%Fe2O3的纳米电极在0.1molL-1各溶液中的响应性能Table 3.4 the response performance of 50% Fe2O3 nano electrode in 0.1molL-1 solution溶液（0.1molL-1）1号（mV）2号（mV）3号（mV）4号（mV）5号（mV）6号（mV）硝酸铁-缓冲溶液410102-4-8硝酸铝-缓冲溶液-22-18-17-22-38-45硝酸铅-缓冲溶液
43、-40-36-33-42-54-61硝酸钴-缓冲溶液-32-37-31-45-58-64硝酸镍-缓冲溶液-41-30-26-40-57-67将50%Fe2O3的纳米电极在0.1molL-1各溶液中的响应对照，如下图3.7所示。图3.7 50%Fe2O3的纳米电极在0.1molL-1各溶液中的响应对照Figure3.7 the response contrast of 50% Fe2O3 nano electrode in 0.1molL-1 solution3.1.2 40%Fe2O3纳米电极的性质各组分配比按照试验步骤，制得Fe2O3为40%时SiO2组分不同的六批电极，电极各组分详情如表所
44、示表3.5 40%Fe2O3电极各组分详情Table 3.5 the component details of the 40% Fe2O3组分123456SiO25%10%15%20%25%30%Fe2O340%40%40%40%40%40%Al2O355%50%45%40%35%30%Fe2O3为40%时的电极电阻当Fe2O3为40%时，测得的电极在不同SiO2摩尔组分中的电阻如表3.6所示表3.6 40%Fe2O3电极在不同SiO2摩尔组分中的电阻Table 3.6 the resistance of different SiO2 mole fraction in 40% Fe2O3 el
45、ectrode123456SiO2摩尔组分（%）5%10%15%20%25%30%电阻（）55.5667.5772.4673.5386.2192.59Fe2O3为40%时的电极电势当Fe2O3为40%时，测得的电极在不同SiO2摩尔组分中的电势如表3.7所示表3.7 40%Fe2O3电极在不同SiO2摩尔组分中的电势Table 3.7 the potential of different SiO2 mole fraction in 40% Fe2O3 electrode123456SiO2摩尔组分（%）5%10%15%20%25%30%电势（mV）16616113913915085Fe2O3为40%时放大100倍后的照片 将制得的各纳米电极放在数码显微镜下放大100倍观察其电极表面，分别对各组分不同的电极拍照记录。图3.8 40%Fe2O3电极1号表面图Figure3.8 the first surface map of the 40% Fe2O3 electrode图3.9 40%Fe2O3电极2号表面图F
