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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳禹翔
研究生(外文):Yu-hsiang Chen
論文名稱:同步合成複合奈米金-聚苯胺奈米纖維應用於過氧化氫感測
論文名稱(外文):Nanocomposite comprising gold nanoparticles and polyaniline nanofibers via one-step synthesis for sensing hydrogen peroxide
指導教授:溫添進
指導教授(外文):Ten-chin Wen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:化學工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:過氧化氫界面聚合奈米金
外文關鍵詞:interfacial polymerizationgold nanoparticleshydrogen peroxide
相關次數:
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論文第一部份主要是探討複合奈米金-聚苯胺奈米纖維之特性研究。使用四氯化金酸為氧化劑,藉由界面聚合的方式,同步聚合出金奈米粒子及聚苯胺的奈米纖維。掃描式電子顯微鏡觀測發現,聚苯胺具有奈米纖維的結構,且聚苯胺奈米纖維結構避免金奈米粒子聚集,形成金奈米粒子,此研究,聚苯胺同時扮演還原劑、基材及保護劑的角色。穿透式電子顯微鏡的觀測結果與掃描式電子顯微鏡一致,金奈米粒子的粒徑約為10-30 nm,與多功能X光薄膜繞射計算出金奈米粒子平均粒徑22.5 nm相符合。傅立葉紅外線光譜證實了高分子的結構,並且發現使用四氯化金酸為氧化劑造成聚苯胺結構改變,與化學分析電子光譜的實驗結果一致。複合奈米金-聚苯胺奈米纖維比單純聚苯胺有較多的氧化態,因此容易水解形成副產物(對苯二酚(hydroquinone)和醌(quinone))。
藉由第一部分的合成方法,可同步製備出金奈米粒子及聚苯胺奈米纖維,結合導電性高分子聚苯胺的高導電性、良好的電化學活性以及金奈米粒子的催化特性,將此奈米複合材料應用在過氧化氫的感測上。中性溶液中,複合奈米金-聚苯胺奈米纖維具有感測過氧化氫的能力,且pH值為7.5時對過氧化氫的感測有較好的靈敏度。使用此複合材料進行過氧化氫感測,感測濃度範圍為0.25 μM至2 mM,電極之應答靈敏度並可達9.53 μA/mM。偵測極限(S/N=3)為0.25 μM且有較快的反應時間(6秒)。
The first part of the the dissertation is on the characterization of the nanocomposite comprising gold nanoparticles and polyaniline nanofibers. Au nanoparticles were generated along with the simultaneous formation of polyaniline(PANI)nanofibers using interfacial polymerization route. Scanning electron microscopic(SEM)revealed that PANI possesses nanofiber structure. The nanofiber structure of PANI acts as not only reducing agent but also matrix to prevent the aggregation of gold nanoparticles. Transmission electron microscopic(TEM)results revealed that particle size of gold nanoparticles is at ca. 10-30 nm which is consistent with the result from the calculation by x-ray diffraction pattern (XRD). X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)results showed that there were more side products and higher oxidized states for the nanocomposite synthesized by using HAuCl4 as oxidant.
On the second part of the dissertation, we extended our work to study the electrochemical sensing properties of the prepared nanocomposite for hydrogen peroxide. The nanocomposite comprising gold nanoparticles and PANI nanofibers possess the sensing ability for hydrogen peroxide. Furthermore, the optimal operation of the nanocomposite for sensing hydrogen peroxide is at pH 7.5. The hydrogen peroxide sensor shows a linear calibration curve over the range from 2.5×10-7 to 2×10-3 M, with a slope and detection limit(S/N=3)of 9.53 μA/mM and 2.5×10-7 M, respectively. In addition, the hydrogen peroxide sensor possesses a fast response time(6 sec)for sensing hydrogen peroxide.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅳ
目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 導電性高分子 3
1-2-1 導電性高分子之緣起 3
1-2-2 導電性高分子之導電機制 3
1-2-3 聚苯胺 5
1-2-3-1 聚苯胺之簡介 5
1-2-3-2 聚苯胺之聚合機制 6
1-2-3-3 聚苯胺之電化學行為 8
1-3 奈米複合材料 10
1-3-1 奈米複合材料之簡介 10
1-3-2 奈米複合材料之特性 10
1-3-3 奈米複合材料之應用 13
1-3-4 奈米複合材料之奈米粒子穩定化 14
1-3-5 奈米複合材料之製備 18
1-4 研究動機 24
第二章 實驗部分 32
2-1 藥品與裝置 32
2-2 複合奈米金-聚苯胺奈米纖維之合成 32
2-3 掃描式電子顯微鏡(SEM) 33
2-4 穿透式電子顯微鏡(TEM) 33
2-5 多功能X光薄膜繞射儀(XRD) 34
2-6 傅利葉紅外線光譜(FT-IR) 34
2-7 化學分析電子光譜(XPS) 34
2-8 熱重分析儀 35
2-9 電極製備 35
2-10 電化學測試 35
第三章 結果與討論 38
3-1 聚合原理 38
3-2 高分子表面型態 39
3-3 金奈米粒子結構鑑定 40
3-4 高分子結構鑑定 41
3-5 高分子氧化程度鑑定 43
3-6 化學元素分析 44
3-7 熱穩定性 46
3-8 聚合機制 47
3-9 電化學特性 48
3-10 奈米複合材料應用於過氧化氫感測 49
第四章 結論與建議 73
4-1 結論 73
4-2 建議 75
參考文獻 76
自述 81
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