生物质衍生碳纳米材料的制备及其在电分析化学中的应用
发布时间：2020-07-14 02:09
【摘要】：作为一种备受关注的纳米材料,碳纳米材料由于其相对较低的成本、较优异的电化学性能和较宽的电势窗等优点被广泛应用到工业电化学和电分析化学等领域。生物质具有来源广泛、廉价易得、可再生和环境友好等优点,近些年以生物质为原料制备的碳纳米材料在超级电容器、锂离子电池和电化学传感器等领域被广泛应用。本文以生物质为碳源,制备了具有优异电化学性能的碳纳米材料,并用于构筑电化学传感器。我们采用多种技术对所制备的生物质衍生碳纳米材料的形貌、结构和元素含量进行了表征,以过氧化氢(H_2O_2)和抗坏血酸(AA)等生物分子为电化学探针,研究了所制备的碳纳米材料的电化学性能。本论文具体工作内容主要包括以下两个部分:(1)第一次以菇茑皮为原料在高温下碳化制备菇茑皮衍生的碳纳米片(BG-CNPs),将其修饰到玻碳电极(GE)表面用于构筑基于BG-CNPs修饰GE(BG-CNPs/GE)的电化学传感平台。利用示差脉冲伏安法、循环伏安法和计时电流法等电化学表征手段,以一些电活性生物分子如肾上腺素(EP)、对乙酰氨基酚(APAP)、多巴胺(DA)、AA、尿酸(UA)、H_2O_2和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等为探针,研究BG-CNPs的电化学性能。循环伏安响应曲线图表明,与GE相比,BG-CNPs/GE对H_2O_2的电化学氧化(或电化学还原)有更低(或更高)的起始电位,BG-CNPs/GE对EP、APAP、DA、AA、UA和NADH的电化学氧化有更低的氧化电位。对于H_2O_2和AA的检测,BG-CNPs/GE具有更宽的线性范围、更高的灵敏度以及更低的检出限等良好性能。本工作也证实了该传感平台可实现潜在同时检测四种游离的DNA碱基(鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T))或潜在同时检测AA、UA及DA。最后,实验结果表明该传感平台对于实际样品中H_2O_2或AA含量的检测具有高的可行性。(2)第一次以生物质废弃物螃蟹壳为模板和来源广泛的蜂蜜为碳源,采用绿色、简单的方法制备了介孔碳纳米棒(MCNRs)。MCNRs修饰到GE表面制备MCNRs修饰的GE(MCNRs/GE)构筑了一种新颖和高性能的MCNRs/GE的电化学传感器,并用于H_2O_2或AA的检测。循环伏安响应曲线图表明,与碳纳米管(CNTs)修饰到GE表面构筑的CNTs修饰的GE(CNTs/GE)和GE相比,MCNRs/GE对AA的电化学氧化有更低的氧化电位,MCNRs/GE对H_2O_2的电化学还原或电化学氧化有更高的或更低的起始电位。对于AA或H_2O_2的检测,与CNTs/GE和GE相比,MCNRs/GE表现出更宽的线性范围、更高的灵敏度和更低的检出限。此外,实验结果表明MCNRs/GE对实际样品中的AA含量的检测具有可行性。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;O657.1
【图文】：
图 1-1 碳纳米材料的结构示意图[7]）富勒烯1985 年，美国科学家欧布莱恩、理查德·斯莫利和英国化学家哈罗德·沃特尔·克等人第一次在惰性气流氛围中制备石墨时，出人意料地制备出了 C60分子，该是由 60 个碳原子构成[8]。通过一系列表征技术如质谱、X 射线光电子衍射等，分子的结构为球形状 32 面体，形状和足球的形状相类似，因此也被称为足球烯中的 60 个顶角各有一个碳原子，各个碳原子与相邻的 3 个碳原子形成一个双单键。由于 C60是富勒烯家族中较容易得到的一类，所以 C60及其衍生物的应是最多的。1990 年后，克拉策门（Wolfgang Kr tschmer），福斯迪罗伯onstantinos Fostiropoulos）和哈夫曼（Donald Huffman）等人首次报道了大量制备法，从而使 C60的研究广泛开展起来[9]。）碳纳米管1991 年，日本电子公司（NEC）在 C60研究的推动下发现了一种结构特殊及性新颖碳纳米材料，即碳纳米管，又被称为巴基管[10]。碳纳米管中的碳原子主要
东北师范大学硕士学位论文等领域得到了广泛的应用。墨烯墨烯是一种蜂窝状的单片层碳原子晶体，是一种典型的二维碳纳米材料。据报材料的比表面积理论值为 2630 m2g-1，其碳原子以 sp2杂化状态存在，与周个碳原子形成碳碳双键（C=C）共价键，键长为 1.42 ，相邻两个键之间的[15]。墨烯具有稳定的结构，其中各个碳原子之间连接柔韧，各原子间作用力较强般被认为是石墨化碳纳米材料构成的基本单元[16]，二维石墨烯片层可通过卷成富勒烯（零维结构）；而一维碳纳米管可看作是由石墨烯片层卷曲成的无空结构的纳米材料；而三维石墨则是通过将二维的石墨烯堆积起来形成的。纳米管、石墨与石墨烯之间的关系如图 1-2 所示。
东北师范大学硕士学位论文验装置及测量方法工作所用的电化学方法主要包括：示差脉冲伏安法（DPV）、线性扫描伏）、循环伏安法（CV）和计时库仑分析法（CC）等。电化学实验使用电化学 660E（上海辰华）以及标准的三电极体系。其中，裸玻碳电极（GE，直径 d=3 m积 A=0.0707 cm2）及修饰电极为工作电极，铂（Pt）丝电极为对电极，Ag/A KCl）电极为参比电极。电化学阻抗谱（EIS）的测试是使用美国普林斯顿 PAR工作站，实验测试条件为振荡电压是 0.25 V，频率范围从 0.01 Hz 到 100 KH幅在±10 mV，在 5 mM K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6]/0.1 M KCl 混合溶液中进行测的所有实验操作都是在室温下进行的。详细的仪器使用型号及相关参数见表 表 2-2 本工作中所使用表征仪器的相关参数
本文编号：2754325
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;O657.1
【图文】：
图 1-1 碳纳米材料的结构示意图[7]）富勒烯1985 年，美国科学家欧布莱恩、理查德·斯莫利和英国化学家哈罗德·沃特尔·克等人第一次在惰性气流氛围中制备石墨时，出人意料地制备出了 C60分子，该是由 60 个碳原子构成[8]。通过一系列表征技术如质谱、X 射线光电子衍射等，分子的结构为球形状 32 面体，形状和足球的形状相类似，因此也被称为足球烯中的 60 个顶角各有一个碳原子，各个碳原子与相邻的 3 个碳原子形成一个双单键。由于 C60是富勒烯家族中较容易得到的一类，所以 C60及其衍生物的应是最多的。1990 年后，克拉策门（Wolfgang Kr tschmer），福斯迪罗伯onstantinos Fostiropoulos）和哈夫曼（Donald Huffman）等人首次报道了大量制备法，从而使 C60的研究广泛开展起来[9]。）碳纳米管1991 年，日本电子公司（NEC）在 C60研究的推动下发现了一种结构特殊及性新颖碳纳米材料，即碳纳米管，又被称为巴基管[10]。碳纳米管中的碳原子主要
东北师范大学硕士学位论文等领域得到了广泛的应用。墨烯墨烯是一种蜂窝状的单片层碳原子晶体，是一种典型的二维碳纳米材料。据报材料的比表面积理论值为 2630 m2g-1，其碳原子以 sp2杂化状态存在，与周个碳原子形成碳碳双键（C=C）共价键，键长为 1.42 ，相邻两个键之间的[15]。墨烯具有稳定的结构，其中各个碳原子之间连接柔韧，各原子间作用力较强般被认为是石墨化碳纳米材料构成的基本单元[16]，二维石墨烯片层可通过卷成富勒烯（零维结构）；而一维碳纳米管可看作是由石墨烯片层卷曲成的无空结构的纳米材料；而三维石墨则是通过将二维的石墨烯堆积起来形成的。纳米管、石墨与石墨烯之间的关系如图 1-2 所示。
东北师范大学硕士学位论文验装置及测量方法工作所用的电化学方法主要包括：示差脉冲伏安法（DPV）、线性扫描伏）、循环伏安法（CV）和计时库仑分析法（CC）等。电化学实验使用电化学 660E（上海辰华）以及标准的三电极体系。其中，裸玻碳电极（GE，直径 d=3 m积 A=0.0707 cm2）及修饰电极为工作电极，铂（Pt）丝电极为对电极，Ag/A KCl）电极为参比电极。电化学阻抗谱（EIS）的测试是使用美国普林斯顿 PAR工作站，实验测试条件为振荡电压是 0.25 V，频率范围从 0.01 Hz 到 100 KH幅在±10 mV，在 5 mM K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6]/0.1 M KCl 混合溶液中进行测的所有实验操作都是在室温下进行的。详细的仪器使用型号及相关参数见表 表 2-2 本工作中所使用表征仪器的相关参数
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 潘正伟,常保和,孙连峰,钱露茜,刘祖琴,唐东升,王刚,解思深;超长、开口定向碳纳米管列阵的制备[J];中国科学(A辑);1999年08期
本文编号：2754325
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2754325.html
