MOFs基光电传感材料制备及在抗生素检测中的应用
发布时间：2020-12-30 04:01
自上世纪抗生素被发现以来,人类已开发出几千种抗生素,其中应用于医学、畜牧及水产养殖业等领域也有几百种,但同时也造成了严重的滥用现象,对人类健康乃至生态环境造成的危害愈演愈烈。例如会使人体产生耐药性,对人体器官造成毒性损伤等,甚至会破坏生态平衡,产生“超级细菌”。光电化学（PEC）传感器作为一种设备操作简单、分析快速、特异性高的新型分析方法顺应了当前的检测技术发展趋势。光电化学传感器将光电转换单元与传感识别单元结合在一起,因此分析物的确定在很大程度上取决于电极材料的光电转换特性。近年来,科学研究者致力于设计开发光电转换效率高、稳定性好的光电活性材料,金属有机框架材料（MOFs）由于其组成结构可调、性质可控、功能可设计等优势已成为研究热点。本论文致力于设计MOFs基光电活性材料,并通过有机配体功能化、金属离子掺杂、MOFs衍生、半导体多级敏化及电子传输介质杂化等手段对MOFs进行改性,并结合适配体识别技术构建了一系列光电化学传感器,实现了对环境中抗生素的灵敏检测。主要工作如下:（1）利用两步溶解热法制备了MIL-68（In）-NH2/MWCNT/CdS纳米复合材料为光...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电化学传感器示意图
济南大学硕士学位论文7流的抑制效应实现了对核苷检测。1.4.3其他光电活性材料除了上述有机、无机两大类光电功能材料，碳基材料、量子点等材料由于具有优异的导电性和独特的光学特性，因此也常应用在光电化学传感器中。Zhang[56]等开发了以氧化石墨烯修饰的水分散性石墨状氮化碳（GO/w-g-C3N4）作为可见光活性材料，并以适配体作为生物识别元件的传感器来特异性检测卡那霉素。Liu[57]等以氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQDs）作为光电转换元件，构建了用于氯霉素（CAP）检测的光电化学传感器，所制备的N-GQDs的上转换发光效应可以有效促进对光的利用，进而实现高效的光电转化。尽管上述材料对光电化学传感器的发展起到了积极的作用，但依旧存在电子-空穴复合的效率高、电子转移迟缓、光量子效率低等缺点，制约了他们的实际应用，因此，仍然迫切需要探索具有高活性，高稳定性的新型光电活性材料。1.5金属有机框架材料金属有机骨架（MOFs）是一类由金属的节点和有机配体配位形成的多孔材料，由于其结构和功能的可调性，MOFs已成为化学领域发展最快的材料之一。由于MOFs的结构可设计性强，可以通过选择不同的金属中心和有机配体来改变孔径、表面积大小及设计不同的功能[58]，MOFs已在气体吸附和分离、能量储存及转化、光学、催化、生物医学中得到了广泛的研究[59-63]。迄今为止，已有超过20000种不同的MOFs结构被报道和研究[64]，图1.2展示了一些具有不同结构的MOFs。图1.2不同结构的MOFs示意图
济南大学硕士学位论文153.2.3光电化学适配体传感器的制备ITO电极的预处理：将ITO玻璃切割成1.80.8cm2的小块，并逐步用洗洁精、丙酮，乙醇和超纯水超声清洗30min，最后将清洗干净的ITO玻璃用氮气吹干备用。首先，移取9μLMIL-68(In)-NH2/MWCNT/CdS溶液（3mg/mL）修饰于ITO电极表面，并在红外灯下烘干。将3μLEDC/NHS（包含0.01mol/L的EDC和0.002mol/L的NHS）滴加到MIL-68(In)-NH2/MWCNT/CdS/ITO电极上，静置0.5h以激活羧基基团。用缓冲液冲洗过量的EDC/NHS后，通过酰胺化反应将5μL适配体固定于电极表面，并在4℃下孵育1h，然后用缓冲溶液洗涤以洗去物理物理吸附的适配体。随后，将5μL6-巯基乙醇（MCH）溶液在滴加于电极表面并孵育1h以封闭非特异性位点，用缓冲液彻底冲洗。最后，将5μL不同浓度的四环素溶液修饰的电极表面，并在4℃下孵育1h，然后用缓冲液清洗未结合的四环素，完成传感器的构建。图3.1PEC适配体传感器的构建过程示意图3.2.4光电化学检测通过电化学工作站（CHI760E辰华仪器公司，中国上海）进行四环素检测。使用三电极系统测量光电流，300W氙气灯（λ>420nm）作为光源，施加的偏压为+0.5V（vs.SCE），缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液（0.1mol/LpH=7.4）。
本文编号：2946947
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电化学传感器示意图
济南大学硕士学位论文7流的抑制效应实现了对核苷检测。1.4.3其他光电活性材料除了上述有机、无机两大类光电功能材料，碳基材料、量子点等材料由于具有优异的导电性和独特的光学特性，因此也常应用在光电化学传感器中。Zhang[56]等开发了以氧化石墨烯修饰的水分散性石墨状氮化碳（GO/w-g-C3N4）作为可见光活性材料，并以适配体作为生物识别元件的传感器来特异性检测卡那霉素。Liu[57]等以氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQDs）作为光电转换元件，构建了用于氯霉素（CAP）检测的光电化学传感器，所制备的N-GQDs的上转换发光效应可以有效促进对光的利用，进而实现高效的光电转化。尽管上述材料对光电化学传感器的发展起到了积极的作用，但依旧存在电子-空穴复合的效率高、电子转移迟缓、光量子效率低等缺点，制约了他们的实际应用，因此，仍然迫切需要探索具有高活性，高稳定性的新型光电活性材料。1.5金属有机框架材料金属有机骨架（MOFs）是一类由金属的节点和有机配体配位形成的多孔材料，由于其结构和功能的可调性，MOFs已成为化学领域发展最快的材料之一。由于MOFs的结构可设计性强，可以通过选择不同的金属中心和有机配体来改变孔径、表面积大小及设计不同的功能[58]，MOFs已在气体吸附和分离、能量储存及转化、光学、催化、生物医学中得到了广泛的研究[59-63]。迄今为止，已有超过20000种不同的MOFs结构被报道和研究[64]，图1.2展示了一些具有不同结构的MOFs。图1.2不同结构的MOFs示意图
济南大学硕士学位论文153.2.3光电化学适配体传感器的制备ITO电极的预处理：将ITO玻璃切割成1.80.8cm2的小块，并逐步用洗洁精、丙酮，乙醇和超纯水超声清洗30min，最后将清洗干净的ITO玻璃用氮气吹干备用。首先，移取9μLMIL-68(In)-NH2/MWCNT/CdS溶液（3mg/mL）修饰于ITO电极表面，并在红外灯下烘干。将3μLEDC/NHS（包含0.01mol/L的EDC和0.002mol/L的NHS）滴加到MIL-68(In)-NH2/MWCNT/CdS/ITO电极上，静置0.5h以激活羧基基团。用缓冲液冲洗过量的EDC/NHS后，通过酰胺化反应将5μL适配体固定于电极表面，并在4℃下孵育1h，然后用缓冲溶液洗涤以洗去物理物理吸附的适配体。随后，将5μL6-巯基乙醇（MCH）溶液在滴加于电极表面并孵育1h以封闭非特异性位点，用缓冲液彻底冲洗。最后，将5μL不同浓度的四环素溶液修饰的电极表面，并在4℃下孵育1h，然后用缓冲液清洗未结合的四环素，完成传感器的构建。图3.1PEC适配体传感器的构建过程示意图3.2.4光电化学检测通过电化学工作站（CHI760E辰华仪器公司，中国上海）进行四环素检测。使用三电极系统测量光电流，300W氙气灯（λ>420nm）作为光源，施加的偏压为+0.5V（vs.SCE），缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液（0.1mol/LpH=7.4）。
本文编号：2946947
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