基于二嵌段聚合物复合材料的电化学传感器研究

发布时间：2019-11-08 08:04

【摘要】：目前,通过静电吸附组装、物理包覆、金属沉积、煅烧等改性方法制备的复合材料在电化学传感器领域中被广泛应用于电极的修饰。在电化学修饰电极材料中嵌段聚合物引起了大家很大关注,虽然合成嵌段共聚物并不难,但是将嵌段共聚物应用于电化学传感器并不多见,尤其嵌段共聚物复合材料。本论文采用亲水中性嵌段(聚甲基丙烯酸羟乙酯,简称PHEMA)和阳离子型聚电解质嵌段(聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯,简称PDMAEMA)构成的聚阳离子型二嵌段共聚物(简称PHEMA-b-PDMAEMA),我们利用此二嵌段共聚物制备复合材料来修饰电极研究嵌段聚合物复合材料在电化学传感器中的应用。本论文的主要研究内容如下：(1) PHEMA-b-PDMAEMA/葡萄糖氧化酶／石墨烯复合材料修饰电极的制备及其对葡糖糖(Glu)和双氧水(H202)的电催化。由带正电的二嵌段聚合物PHEMA-b-PDMAEMA与带负电的葡糖糖氧化酶(GOD)以静电吸附的形式组成的复合膜,结合导电性好的石墨烯(rGO)共同组成复合材料修饰裸玻碳电极。利用扫描电子显微镜(SEM)对PHEMA-b-PDMAEMA/GOD/rGOs复合膜进行了表面形貌表征,通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、电流-时间曲线(i-T)、方波伏安法(SWV)对PHEMA-b-PDMAEMA/GOD/rGOs复合膜的电化学行为进行了研究。结果表明该复合膜为GOD的电催化反应提供了适宜的微环境。该复合膜修饰的裸玻碳电极对葡萄糖、过氧化氢(H202)表现出高的电催化性能,如具有较高的催化电流、催化时间(5 s)、反应灵敏度(53μA·mM-1)、线性范围(10-6～10-4 M)、低检测限(10-8M)等性质。因此,PHEMA-b-PDMAEMA/GOD/rGOs复合材料在酶传感器具有实际应用价值。(2) PHEMA-b-PDMAEMA/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料修饰电极的制备及其对环境污染物双酚A的检测。PHEMA-b-PDMAEMA/MWCNTs复合材料结合了MWCNTs的电催化性和质子化PHEMA-b-PDMAEMA的静电吸附能力,其修饰的玻碳电极对双酚A具有很高的电催化性能,比如快响应时间(4s)、很高的灵敏度(55.9μA·mM-1·cm-2)、宽线性范围(2×10-8～10-4 M)、低检测限(10-8 M)、高重复性、强稳定性和强抗干扰能力等,并应用于实际样品的定性定量分析,体现了其在食品安全监测领域有潜在实用价值。(3) PHEMA-b-PDMAEMA/Ag复合材料修饰电极制备及其对H202的电催化。利用电沉积法将Ag+负载到无规多孔的二嵌段聚合物PHEMA-b-PDMAEMA膜表面,采用SEM、CV和i-T曲线对PHEMA-b-PDMAEMA/Ag膜表面形态进行了表面形貌分析和电化学性能的测试。基于过渡金属Ag的催化性质,复合膜修饰电极实现了对H202的直接电催化,且展现出了快催化时间(5s)、高反应灵敏度(107.1μA·mM-1)、宽线性范围(10-6～104 M)、低检测限(10-8M)等优点。(4)基于PHEMA-b-PDMAEMA聚合物的碳氮复合材料包覆氧化镍微球的无酶传感器性能研究：由溶剂热法制备出的微球氢氧化镍(Ni(OH)2)与二嵌段聚合物(PHEMA-b-PDMAEMA)高温煅烧,合成出碳氮颗粒包覆微球多孔氧化镍复合材料。通过EDS、SEM、XRD、CV和i-T曲线对此复合材料的结构、元素种类、表面形貌及电化学行为进行分析与测试。实验发现此复合材料修饰电极表现出优良的电化学性能,且对H202的检测有较快的催化时间(3s)、反应灵敏度(15μA·mM-1·cm-2)、宽线性范围(10-6～10-3M)、低检测限(10-8M)等优良性能。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O657.1

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