碳基纳米材料功能化及其电分析性能研究

发布时间：2018-01-12 17:24

本文关键词：碳基纳米材料功能化及其电分析性能研究　出处：《吉林大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自1991年被发现以来，具有一维管状结构、高比表面积、高电子传导能力和化学/电化学稳定性的碳纳米管一直是电分析领域的研究热点。但由于管间具有内在的团聚作用，，这类材料几乎在所有的溶剂中都不可“溶解”，其潜在的优良性能得不到很好的发挥。因此，开发新方法对碳纳米管进行表面修饰对发挥其本征性能具有重大意义。本文旨在研究碳纳米管功能化新方法及其功能材料的分析检测性能，以构建具有高灵敏度、响应迅速、选择性好的电化学传感器。论文的第一章详细介绍了碳纳米管材料的结构性质、合成方法、功能化策略及其在电化学传感器中的应用。论文的第二章介绍了热自由基聚合离子液体功能修饰多壁碳纳米管表面的新方法及其传感应用。由于离子液体表面带有正电性的咪唑基阳离子，修饰后的多壁碳纳米管能够稳定地分散在水溶液中，这对于构建性能稳定的功能电化学界面具有非常重要的意义。利用热重分析、扫描电镜、透射电镜、X光电能谱以及红外光谱对修饰后的多壁碳纳米管进行了详细的结构及形貌表征。实验发现，通过改变离子液体单体的加入量，可实现对多壁碳纳米管表面聚离子液体层厚度的调控。电化学性质研究表明，聚离子液体修饰可以提高修饰电极的有效电活性面积，修饰的聚离子液体层厚度与电子传递性能之间具有相关性。利用优选的聚离子-多壁碳纳米管功能材料构建了电化学传感器，实现了对水中污染物邻苯二酚和对苯二酚的检测。实验中我们发现，未修饰的多壁碳纳米管对二者的氧化峰分离并不明显，不能进行同时检测；而修饰后的多壁碳纳米管，由于聚离子液体-多壁碳纳米管与邻苯二酚和对苯二酚之间的cation-π相互作用，实现了对邻苯二酚和对苯二酚的良好分离，呈现出良好的同时检测行为。所构建的传感器在环境分析领域可能具有一定的应用价值。同时还进一步研究了聚离子液体-多壁碳纳米管复合材料对抗坏血酸、多巴胺和尿酸三种生物分子的同时检测性能。聚离子液体-多壁碳纳米管对上述生物小分子的高电催化活性，主要归因于功能化碳纳米管表面所带有的大量正电荷，基于表面电荷与分子间的相互作用使三者实现了分离与同时检测。论文第三章以聚离子液-碳纳米管表面的阳离子咪唑基团为Pt前驱体的结合位点，在功能化碳管表面进一步负载了高分散的细小的Pt纳米粒子（Pt-PIL-MWCNTs）。研究发现，Pt-PIL-MWCNTs具有模拟过氧化物酶的活性，可以催化过氧化物酶的底物3,3,5,5-tetramethylbenzidine （TMB）并呈现典型的蓝色变色反应。基于此，建立了一种比色法进行过氧化氢的检测。与天然的辣根过氧化物酶（HRP）相对比，Pt-PIL-MWCNTs可以承受更高的反应温度和更高的H2O2浓度。Pt-PIL-MWCNTs具有低成本合成、易于制备、不被生物降解和不易变性等优点，可望作为天然过氧化物酶的替代物，在相关生物传感器领域得到应用。在论文第四章中，以1-氨基蒽醌作为修饰物，利用其与多壁碳米管之间的π-π相互作用，进行了多壁碳纳米管的表面修饰。该修饰法实验操作简单易行，1-氨基蒽醌的氨基官能团可为复合Pt纳米粒子提供结合位点。我们成功地制备出了多壁碳纳米管表面均匀分散的细小的Pt纳米粒子。该复合材料对氧气和过氧化氢显示出较高的催化活性，有望应用于相关研究领域。
[Abstract]:Since 1991 , carbon nanotubes with one - dimensional tubular structure , high specific surface area , high electron conductivity and chemical / electrochemical stability have been hot spots in the field of electrical analysis . In chapter 1 , the structure properties , synthesis methods , functionalization strategies of carbon nanotube materials and their application in electrochemical sensors are described in detail .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O613.71

【参考文献】