纳米碳复合材料的组装和电化学性能的研究

发布时间：2017-08-02 10:12

  本文关键词：纳米碳复合材料的组装和电化学性能的研究

  更多相关文章： 石墨烯 碳纳米管 自组装 电化学识别

【摘要】：电化学传感器具有成本低、操作简单、选择性好、灵敏度高的特点,广泛应用于生命科学、医学、环境监测、食品安全等行业。以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳材料具有极高的比表面积、优异的导电性和良好的电化学稳定性,作为电化学传感器电极材料在药物、生物活性物质、重金属离子等的电化学识别和检测方面具有良好的应用前景。本论文以石墨烯(碳纳米管)的非共价键修饰为基础,采用自组装的方法制备结构可控的石墨烯(碳纳米管)纳米薄膜或石墨烯/碳纳米管复合物,研究自组装产物对硝苯地平、多巴胺等物质的电化学识别和检测。具体为：(1)以静电和氢键为驱动力,采用层层自组装的方法,制备出结构均匀致密的碳纳米管／聚苯胺薄膜。电化学实验证明该自组装膜可以选择性的催化硝苯地平的电化学氧化。硝苯地平(NIF)在该自组装膜上的氧化电位相对于未修饰的氧化铟锡(ITO)电极降低了170 mV,且在1×10-6 mol/L～1×10-4mol/L浓度范围内,硝苯地平的浓度与氧化峰的电流强度成正比。在相同条件下该自组装膜对葡萄糖、尿素、抗坏血酸、柠檬酸钠等均无明显的电化学响应,说明该电极可以作为NIF的电化学探针。(2)基于芘与石墨烯的π-π相互作用,采用非共价键修饰的方法,将脲基嘧啶酮氢键单元引入石墨烯表面。进一步以脲基嘧啶酮强氢键作用为驱动力,制备石墨烯层层自组装薄膜。电化学实验表明,该石墨烯层层自组装薄膜可有效的催化多巴胺的电化学氧化,1×105 mol/L的多巴胺在该自组装膜上的氧化电流相对于未修饰的ITO提高了100倍,在1.8×10-5 mol/L～2×10-4 mol/L范围内该自组装膜可有效检测多巴胺的浓度。(3)通过π-π相互作用和氢键协同作用,改变石墨烯的类平面结构,组装了石墨烯包裹于碳纳米管管壁上的复合物(石墨烯/碳纳米管)。该复合物具有优异的电化学性能,时间-电流曲线实验证明在5×10-8mol/L～2×10-6 mol/L范围内,该复合物修饰的电极可以有效的检测多巴胺的浓度,检测限低至5×10-9mol/L。
【关键词】：石墨烯 碳纳米管 自组装 电化学识别
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 石墨烯概述9-11
• 1.1.1 石墨烯的结构及其性能9-10
• 1.1.2 石墨烯的制备10-11
• 1.2 碳纳米管11-12
• 1.2.1 碳纳米管的结构11-12
• 1.2.2 碳纳米管的性能12
• 1.3 层层自组装薄膜12-15
• 1.3.1 纳米碳层层自组装薄膜13-14
• 1.3.2 基于纳米碳层层自组装薄膜的电化学传感器14-15
• 1.4 石墨烯/碳纳米管复合材料15-17
• 1.4.1 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备15-17
• 1.4.2 石墨烯/碳纳米管复合材料在电化学传感器方面的应用17
• 1.5 2-脲基-4[1H]-嘧啶酮四氢键17-18
• 1.6 主要研究内容18-19
• 2 碳纳米管/聚苯胺层层自组装膜的制备及对硝苯地平的电化学检测19-29
• 2.1 引言19-20
• 2.2 实验原料及仪器20-21
• 2.2.1 实验原料及试剂20
• 2.2.2 实验仪器及耗材20-21
• 2.2.3 表征及性能测试仪器21
• 2.3 碳纳米管/聚苯胺自组装膜的制备21-22
• 2.3.1 聚苯胺(PANI)的制备21
• 2.3.2 聚苯胺/碳纳米管(CNTs)层层静电自组装膜的制备21-22
• 2.4 结果及分析22-28
• 2.4.1 聚苯胺/碳纳米管层层静电自组装膜的紫外-可见吸收光谱表征22-23
• 2.4.2 聚苯胺/碳纳米管层层静电自组装膜的SEM表征23
• 2.4.3 X衍射光电子能谱(XPS)分析23-24
• 2.4.4 碳纳米管/聚苯胺自组装膜的CV24-25
• 2.4.5 电化学测试25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 非共价键驱动的石墨烯自组装膜的制备及对多巴胺的电化学检测29-41
• 3.1 引言29-30
• 3.2 表征及性能测试仪器30
• 3.3 实验方法30-33
• 3.3.1 组装驱动力给予分子Pyrene-Upy的制备30-31
• 3.3.2 Pyrene-UPy/RGO复合物的制备31-32
• 3.3.3 石墨烯自组装膜的制备32-33
• 3.4 结果与分析33-40
• 3.4.1 核磁表征33-34
• 3.4.2 Pyrene-UPy/RGO的紫外-可见吸收光谱表征34
• 3.4.3 Pyrene-UPy/RGO的TEM表征34-35
• 3.4.4 石墨烯层层自组装薄膜的紫外-可见吸收光谱表征35-36
• 3.4.5 X衍射光电子能谱(XPS)分析36
• 3.4.6 石墨烯层层自组装薄膜的SEM表征36-37
• 3.4.7 石墨烯层层自组装薄膜的CV37-38
• 3.4.8 石墨烯层层自组装薄膜的电化学测试38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 碳纳米管/石墨烯复合材料的制备及对多巴胺的电化学检测41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 实验方法42
• 4.2.1 碳纳米管/石墨烯复合材料的制备42
• 4.2.2 电极的制备42
• 4.3 样品表征及测试42-43
• 4.4 结果与分析43-52
• 4.4.1 紫外-可见吸收光谱表征43-44
• 4.4.2 X射线衍射(XRD)表征44-45
• 4.4.3 TEM表征45-46
• 4.4.4 SEM表征46
• 4.4.5 X衍射光电子能谱(XPS)分析46-47
• 4.4.6 荧光光谱表征47-48
• 4.4.7 阻抗表征48-49
• 4.4.8 电化学测试49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 结论53-55
• 参考文献55-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62-63
• 致谢63-65

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