電紡制備鈀納米顆粒/碳納米纖維復(fù)合材料及催化性能研究獲新成果

        碳納米纖維具有和碳納米管相似的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和比表面積，二者均可作為良好的金屬納米顆粒催化劑載體，在催化、燃料電池和高靈敏的化學(xué)/生物傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于它們具有相似的表面化學(xué)性質(zhì)，可以用相似的方法對它們進(jìn)行共價(jià)和非共價(jià)修飾。然而，在催化氣相沉積制備碳納米纖維和碳納米管的過程中，經(jīng)常會在產(chǎn)物中含有金屬催化劑、石墨顆粒等雜質(zhì)，使得在應(yīng)用時(shí)須進(jìn)行繁瑣的純化過程；而通過共價(jià)和非共價(jià)的方法在碳納米纖維和碳納米管表面修飾金屬納米顆粒則會影響載體材料結(jié)構(gòu)的完整性以及其導(dǎo)電性。所以，急需發(fā)展一種非破壞性、高效的金屬納米顆粒/碳納米纖維或碳納米管復(fù)合材料的制備方法。

    中科院長春應(yīng)化所電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室由天艷課題組采用一步電紡技術(shù)成功地制備了鈀納米顆粒/碳納米纖維復(fù)合材料，并研究了該復(fù)合材料的電催化性能，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。

    電紡是一種利用聚合物溶液在強(qiáng)電場中進(jìn)行噴射紡絲的加工技術(shù)，所制備的纖維直徑一般在幾十納米到幾微米之間，是獲得納米尺寸長纖維的有效方法之一。由天艷研究小組通過將聚丙烯腈和醋酸鈀溶于二甲基甲酰胺中，然后電紡制備復(fù)合納米纖維，再經(jīng)還原和碳化處理，制備了鈀納米顆粒/碳納米纖維復(fù)合材料。制備的產(chǎn)物中，鈀納米顆粒在碳納米纖維表面具有良好的分散性和穩(wěn)定性。該方法制備的產(chǎn)物中沒有其它雜志的存在，可直接用于催化反應(yīng)。

    初步研究表明，該復(fù)合材料對過氧化氫和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化還原反應(yīng)具有很高的電催化活性，實(shí)現(xiàn)了對這些物質(zhì)的直接電化學(xué)檢測。另外，通過電紡方法制備的碳納米纖維及其復(fù)合材料也被用于其它物質(zhì)的電化學(xué)檢測，顯示了良好的電催化活性，已有多篇文章發(fā)表在Biosens. Bioelectron., Electrochem. Commun. 和Electroanalysis等國際期刊上。

    該研究工作發(fā)展了一種簡單有效的制備鈀納米顆粒/碳納米纖維的方法，產(chǎn)物中沒有其它雜質(zhì)存在，在應(yīng)用時(shí)不需要繁瑣的純化過程。通過選用不同的金屬前體，該方法還可擴(kuò)展到其它各種金屬納米顆粒/碳納米纖維復(fù)合材料的制備。制備的納米復(fù)合材料可用于電化學(xué)生物傳感器的制備和燃料電池電極材料，并有望用作有機(jī)合成反應(yīng)的催化劑。

    本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和吉林省杰出青年基金項(xiàng)目的資助。