基于碳納米材料的靈敏伏安傳感器的構(gòu)筑及應(yīng)用.pdf

1、高的靈敏度和良好的選擇性是電化學(xué)分析長(zhǎng)期以來(lái)所追求的目標(biāo)。化學(xué)修飾電極通過(guò)在電極表面功能化修飾，使被測(cè)物在修飾層選擇性的鍵合與富集，從而成為電化學(xué)分析實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重要工具。碳納米管和石墨烯作為一維和二維碳納米材料的代表者，在構(gòu)筑化學(xué)修飾電極過(guò)程中具有獨(dú)特的優(yōu)越性。但是，二者的疏水結(jié)構(gòu)使它們?cè)谠S多溶劑中趨于團(tuán)聚，難以形成良好的分散液，這就限制了其作為電極修飾材料的應(yīng)用。同時(shí)，表面形態(tài)也對(duì)碳納米管和石墨烯的電化學(xué)性能產(chǎn)生影響。碳納米管的軸向電

2、子傳遞速率最快，因此實(shí)現(xiàn)碳納米管在電極表面的垂直有序排列將有助于增強(qiáng)其電子傳導(dǎo)能力，進(jìn)而提高電化學(xué)檢測(cè)靈敏度。對(duì)碳納米管和石墨烯進(jìn)行功能化修飾，不僅能夠改變表面形態(tài)，而且可以提高分散性和增加電化學(xué)活性位點(diǎn)。依據(jù)此思路，本文通過(guò)超聲法、Langmuir-Blodgett(LB)膜法、水浴法和水熱法等手段，制備了一系列基于碳納米管和石墨烯的伏安傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一些有機(jī)小分子的靈敏檢測(cè)。主要研究工作如下：
　　1.利用簡(jiǎn)單的非共價(jià)鍵合法

3、制備了聚對(duì)苯乙烯磺酸鈉功能化多壁碳納米管(PSS-MWCNTs)?；诖瞬牧系姆矀鞲衅饔糜诩谆撬岱油桌鞯碾娀瘜W(xué)檢測(cè)。首次系統(tǒng)的研究了甲磺酸酚妥拉明的電化學(xué)行為，并提出了合理的電極反應(yīng)機(jī)理。通過(guò)對(duì)比PSS-MWCNTs和純化碳納米管(p-MWCNTs)的分散狀態(tài)，以及對(duì)甲磺酸酚妥拉明在PSS-MWCNTs/GCE和p-MWCNTs/GCE表面伏安行為的考察，說(shuō)明PSS的引入可以提高碳納米管的分散性并增加對(duì)分析對(duì)象的富集效率。利用線(xiàn)性?huà)?/p>

4、描法建立了靈敏的甲磺酸酚妥拉明檢測(cè)方法，并應(yīng)用于藥片中甲磺酸酚妥拉明成分的分析。
　　2.借助于LB技術(shù)和十八胺(ODA)的良好成膜性，探索了將MWCNTs垂直排列在玻碳電極表面的新方法。根據(jù)π-A曲線(xiàn)和掃描電鏡圖像，推測(cè)MWCNTs是通過(guò)靜電作用與成膜材料ODA形成豎直密集結(jié)構(gòu)。以鐵氰化鉀為探針，通過(guò)循環(huán)伏安法研究了修飾膜層數(shù)對(duì)電子轉(zhuǎn)移的影響?；谔技{米管陣列良好的電學(xué)性質(zhì)，建立了防腐劑尼泊金甲酯的靈敏檢測(cè)方法，并應(yīng)用于化妝品中

5、尼泊金甲酯的含量分析，結(jié)果令人滿(mǎn)意。
　　3.鑒于良好的導(dǎo)電性，聚苯胺(PANI)替代ODA成為MWCNTs的輔助成膜材料，構(gòu)筑了有序排列的MWCNTs LB膜修飾電極(MWCNTs-PANI-LB/GCE)。通過(guò)掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，表征了LB膜的表面形態(tài)，說(shuō)明PANI通過(guò)靜電作用能夠?qū)WCNTs垂直固定于基底表面。以黃豆苷元為檢測(cè)對(duì)象，討論了MWCNTs處于無(wú)序和有序狀態(tài)時(shí)對(duì)電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)的影響，從而進(jìn)一步說(shuō)明電子沿MWCNTs不同

6、方向傳遞的差異性。通過(guò)中藥葛根和西藥黃豆苷元片中黃豆苷元成分的檢測(cè)，驗(yàn)證提出的電分析方法具有穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和實(shí)用性。
　　4.采用簡(jiǎn)單的滴涂法制備了石墨烯修飾電極(GR/GCE)，在此電極表面首次系統(tǒng)的研究了羥甲香豆素的電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明該傳感器對(duì)研究對(duì)象有靈敏的伏安響應(yīng)，建立的電分析方法能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)藥劑中羥甲香豆素的含量。此外，比較了羥甲香豆素在GR/GCE和MWCNTs/GCE上的伏安行為，進(jìn)而說(shuō)明GR和MWCNTs

7、的電化學(xué)性質(zhì)差異。
　　5.將β-環(huán)糊精(β-CD)通過(guò)非共價(jià)鍵修飾到石墨烯表面，通過(guò)傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)對(duì)其結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)進(jìn)行表征。基于β-CD-GR修飾電極，首次建立了落新婦苷的電分析方法，并成功的應(yīng)用于中藥土茯苓中落新婦苷的檢測(cè)。結(jié)果表明：β-環(huán)糊精的引入不僅有效提高了石墨烯在水中的分散性，而且顯著增加了修飾材料對(duì)落新婦苷的富集效率。
　　6.通過(guò)水熱法一步合成負(fù)載二氧化鈰納米粒子