碳量子点与石墨烯复合材料的制备及其在生物电化学传感器中的应用

发布时间：2020-07-14 14:56

【摘要】：纳米碳材料由于其独特的电学、光学和机械特性,使其在许多领域具有潜在的价值和广泛的应用前景,而纳米碳复合材料的研究是实现其潜在应用价值的最好手段。本论文根据碳量子点(CDs)特殊的高比表面积、高催化活性和多活性位点等性能,制备了基于CDs的复合材料修饰电极。石墨烯(GR)具有良好的电导性并能快速均相传递电子,机械强度大、比表面积高等优越的特性,制备了基于石墨烯的复合材料修饰电极。并将修饰电极应用于生物小分子多巴胺(DA)和尿酸(UA)的电化学检测,构建了四种新型的DA和UA电化学传感器。主要研究内容如下：(1)在本章节中,我们制备了还原氧化石墨烯-碳量子点复合膜(rGO-CDs),并将其修饰电极应用于DA电化学传感器,该传感器具有较高的灵敏度和稳定性好等优点。由于CDs表面带有羧基官能团,易于与带正电荷的DA作用,同时,由于DA分子内存在着芳香结构,其容易与rGO形成π-π作用。而抗坏血酸(AA)和UA本身带有负电与CDs相互排斥,且AA和UA没有芳香结构,不能够与rGO作用,所以rGO-CDs复合材料修饰电极(rGO-CDs/GCE)对于DA的检测具有高的选择性。其检测的线性范围为：0.01-450μM,检出限为1.5 nM(3S/N)。将rGO.CDs/GCE应用于检测盐酸多巴胺注射液中DA的含量,其结果令人满意,且该生物电极至少可以保持6周的活性。(2)在本章节中,利用简便的方法合成了氮掺杂碳量子点(N-CDs),制备了环糊精包覆二茂铁氮掺杂碳量子点(Fc@β-CD/N-CDs)主客体复合材料修饰玻碳电极。采用透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、红外光谱等手段对Fc@β-CD/N-CDs等进行了表征。N-CDs和β-环糊精包覆二茂铁主客体络合物涂覆与玻碳电极(GCE)上,用于在pH=4.0时电化学检测尿酸。结果表明：UA在Fc@β-CD/N-CDs上的电化学响应比裸GCE、N-CDs/GCE和Fc@β-CD/GCE更强,说明Fc@β-CD/N-CDs能对UA高灵敏性地测定。微分脉冲伏安法(DPV)测定了尿酸的线性浓度范围在5-120μM,检出限为0.08μm(S/N=3)。修饰后的GCE电极对尿酸的检测表现出良好的选择性和灵敏度,并应用于尿酸样品的检测,得到了令人满意的结果。(3)一般来说,双金属纳米合金需要利用表面活性剂或聚合物的合成来控制其形态和大小。在这种情况下,金属粒子与有机配体之间的界面接触不够,因此可能会阻碍有效的电荷负载转移。在此,我们报道一个简便的方法,在GO水相中一锅法原位合成双金属Au-Pd纳米合金,同时将GO还原为rGO,形成Au-Pd-rGO复合材料。GO表面的活性基团有效地促进了Au-Pd纳米合金负载在rGO上。Au-Pd-rGO分散在全氟磺酸(Nafion)乙醇溶液中,电化学选择性测定DA。Au-Pd双金属纳米合金比Au或Pd单纳米粒子显示优良的电化学性能。Au-Pd-rGO/NF修饰电极对DA的氧化表现出极好的电催化活性,具有良好的灵敏度,其线性检测范围为0.02-200μM,检出限较低为2.35 nM。该方法已成功应用于测定DA注射液,结果令人满意。(4)核壳结构Fe3O4@graphene纳米微球分散于全氟磺酸膜中修饰电极,用于高选择性的检测多巴胺。首先,通过一步水热合成法合成了核壳结构的Fe3O4@GNs/Nafion,并用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱进行了表征。在抗坏血酸和尿酸共存时,核壳结构Fe3O4@GNs/Nafion膜进一步的应用于测定多巴胺,结果表明,AA和UA的存在并没有干扰DA的电化学检测。DA的氧化峰电流(Ipa)与浓度线性范围从0.02-130μM,检出限为0.007μM(3S/N)。而且,核壳结构Fe304@GNs/Nafion/GCE应用于DA样品的检测,结果令人满意。表明该电极修饰材料应用于生物传感器具有较大的潜在优势。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TP212

【参考文献】