三维碳基电极复合材料的制备与电化学传感应用

发布时间：2017-10-27 20:20

  本文关键词：三维碳基电极复合材料的制备与电化学传感应用

  更多相关文章： 纳米复合材料 碳布 三维多孔碳 葡萄糖 过氧化氢 电化学传感器

【摘要】：电化学传感器具有选择性好、灵敏度高、所需仪器简单等优点,是快速、直接获取复杂体系组成信息的理想分析工具,在生物技术、环境监测、农残分析、食品工业、医药工业等领域具有广泛应用。将新型纳米材料引入电化学传感器能显著提高传感器的灵敏度、降低检测限。近年来,一些金属、金属氧化物、金属-聚合物等纳米材料等已经被广泛应用于各种无酶电化学传感领域,被认为是良好的电化学葡萄糖传感器模拟酶。但是这些纳米材料在直接使用的过程中极易在电极表面发生堆积,不仅损失了纳米材料在纳米尺度上具备的优异特性,还阻碍了介质与活性表面的接触,从而降低纳米材料的电催化活性。本工作采用电化学法将纳米材料直接生长在自支撑三维碳电极材料的表面,构建出不需要再次修饰在电极表面的一体复合电极材料。与单纯的纳米材料相比,一体复合电极材料由于碳基电极材料的多孔特性具备高的纳米材料负载量和良好的分散性,可以有效释放纳米材料的电化学性能;同时,一体复合电极材料避免了再次将复合材料修饰在电极表面的步骤,避免了粘结剂的使用、降低了人为操作导致的实验误差,更重要的是在电极材料表面直接生长纳米材料的方式利于构建阵列或垂直生长的三维有序修饰材料。本论文试图通过电化学方法,将自支撑碳基电极材料与纳米材料形成一体复合电极材料,期望能综合利用两种材料的优点,获得优良的电化学性能。具体工作如下:(1)采用恒电位沉积法在柿木多孔碳(PC)电极表面和孔洞内生长树叶状的Cu-Co纳米结构,并将其构建成新颖的葡萄糖传感器。与单金属的Cu、Co纳米结构相比,Cu-Co双金属纳米结构对葡萄糖展现出特殊的形貌和更高的电化学活性。本工作还研究了沉积液中Cu~(2+)/Co~(2+)比例和沉积电位对所构建传感器电化学性能的影响。研究发现在Cu~(2+)/Co~(2+)比为1:20,沉积电位为-1.2 V时所得传感器具备最优的电化学性能,所构建传感器催化葡萄糖的线性范围为0.002 mM-2.73mM(R=0.9977),灵敏度为2.21 mA cm~(-2) mM~(-1),检出限为0.7μM(S/N=3)。其优良的电化学性能(灵敏度高、检出限低和选择性好)为葡萄糖检测提供了新的传感平台。(2)通过简易的循环伏安沉积法在碳布(CC)电极表面上生长粒径均匀、分布致密的铁氰化钴(CoCHF)纳米颗粒并构建成高灵敏的无酶的H_2O_2传感器。通过循环伏安法、计时电流法和时间电流曲线等方法研究了该传感器的电化学行为。本工作深入探究了循环伏安沉积圈数对复合材料的形貌和电化学性能的影响。研究结果表明,在循环伏安沉积圈数为200时可以使100 nm的CoCHF纳米颗粒均匀的分散在CC表面,该电极材料对H_2O_2展现出优越的电化学活性。其对H_2O_2催化氧化的线性范围为0.002 mM到9.038 mM(R=0.9971),灵敏度为24μA cm~(-2) mM~(-1),检出限为0.7μM(S/N=3)。(3)我们基于Au纳米颗粒/聚苯胺(PANI)/CC构建了一种新型的无酶葡萄糖传感器。首先通过两步电聚合的方法制备PANI/CC,接着通过循环伏安沉积的方法将小尺寸的Au纳米颗粒沉积在PANI/CC上。本工作深入探究了电聚合时间、循环伏安沉积圈数对复合材料的形貌和电化学性能的影响。优化后的电极材料对葡萄糖展现出优越的电化学活性,其对葡萄糖催化氧化的线性范围为0.1mM到12.0 mM(R=0.9951),灵敏度为150μA cm~(-2) mM~(-1),检出限为0.01 mM(S/N=3)。
【关键词】：纳米复合材料 碳布 三维多孔碳 葡萄糖 过氧化氢 电化学传感器
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O657.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪言9-23
• 1.1 电化学传感器概述9-11
• 1.1.1 传感器与传感技术9
• 1.1.2 电化学传感器9-10
• 1.1.3 葡萄糖及过氧化氢电化学传感器10-11
• 1.2 纳米材料11-13
• 1.2.1 纳米材料的性质11-12
• 1.2.2 纳米材料在电化学中的应用12-13
• 1.3 基底电极材料概述13-18
• 1.3.1 二维与三维基底电极的分类13-14
• 1.3.2 三维碳基基底电极14-18
• 1.3.2.1 三维生物质多孔碳15-17
• 1.3.2.2 三维柔性碳布17-18
• 1.4 化学修饰方法18-21
• 1.4.1 化学修饰方法简介18-21
• 1.4.2 化学修饰方法分类21
• 1.5 本课题的选题意义21-23
• 第二章 树叶状铜钴纳米结构/柿木多孔碳复合材料的制备及其葡萄糖传感23-35
• 2.1 前言23-24
• 2.2 实验部分24-25
• 2.2.1 试剂和药品24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 PC及PC电极的制备24-25
• 2.2.4 Cu-Co/PC纳米复合材料的制备25
• 2.3 结果与讨论25-34
• 2.3.1 PC电极的形貌表征及有效面积计算25-26
• 2.3.2 不同Cu-Co比例的Cu-Co/PC对复合电极催化性能的影响26-28
• 2.3.3 纳米复合材料修饰电极的表征28-29
• 2.3.4 Cu-Co/PC对葡萄糖的电催化氧化行为29-31
• 2.3.5 Cu-Co/PC对葡萄糖的安培响应31-34
• 2.4 结论34-35
• 第三章 柔性碳布电极表面可控生长铁氰化钴纳米颗粒及其在过氧化氢传感中的应用35-46
• 3.1 前言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 试剂和药品36
• 3.2.2 实验仪器36
• 3.2.3 CC-CoCHF复合电极的制备36-37
• 3.3 结果与讨论37-45
• 3.3.1 Co3O4-rGO纳米复合材料的表征37-38
• 3.3.2 CC-CoCHF电极的形貌及其他表征38-40
• 3.3.3 CC-CoCHF电极对H_2O_2的电催化氧化行为40-41
• 3.3.4 CC-CoCHF电极对H_2O_2的安培响应41-45
• 3.4 结论45-46
• 第四章 金纳米颗粒/聚苯胺阵列/碳布复合电极材料的制备及其用于葡萄糖检测46-60
• 4.1 前言46-47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 试剂和药品47
• 4.2.2 仪器设备47
• 4.2.3 PANI/CC的制备47
• 4.2.4 Au/PANI/CC的制备47-48
• 4.3 结果与讨论48-59
• 4.3.1 PANI /CC的优化与表征48-50
• 4.3.2 Au/PANI/CC的优化与表征50-52
• 4.3.3 Au/PANI/CC对葡萄糖的电化学催化52-54
• 4.3.4 Au/PANI/ CC对葡萄糖的安培响应54-56
• 4.3.5 Au/CC对葡萄糖的安培响应56-57
• 4.3.6 Au/PANI/CC的选择性、稳定性和重复性57-59
• 4.4 结论59-60
• 论文总结60-62
• 参考文献62-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77-78
• 作者简介78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杜仕国,施冬梅,邓辉;纳米材料的特异效应及其应用[J];自然杂志;2000年02期

2 ;纳米材料 新世纪的黄金材料[J];城市技术监督;2000年10期

3 ;什么是纳米材料[J];中国粉体技术;2000年05期

4 邹超贤;纳米材料的制备及其应用[J];广西化纤通讯;2000年01期

5 吴祖其;纳米材料[J];光源与照明;2000年03期

6 ;纳米材料的特性与应用方向[J];河北陶瓷;2000年04期

7 沈青;纳米材料的性能[J];江苏陶瓷;2000年01期

8 李良训;纳米材料的特性及应用[J];金山油化纤;2000年01期

9 刘冰,任兰亭;21世纪材料发展的方向—纳米材料[J];青岛大学学报(自然科学版);2000年03期

10 刘忆,刘卫华,訾树燕,王彦芳;纳米材料的特殊性能及其应用[J];沈阳工业大学学报;2000年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王少强;邱化玉;;纳米材料在造纸领域中的应用[A];'2006（第十三届）全国造纸化学品开发应用技术研讨会论文集[C];2006年

2 宋云扬;余涛;李艳军;;纳米材料的毒理学安全性研究进展[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年

3 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2001年

4 钟家湘;葛雄章;刘景春;;纳米材料改造传统产业的实践与建议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2001年

5 高善民;孙树声;;纳米材料的应用及科研开发[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2001年

6 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

7 金一和;孙鹏;张颖花;;纳米材料的潜在性危害问题[A];中国毒理学通讯[C];2001年

8 张一方;吕毓松;任德华;陈永康;;纳米材料的二种制备方法及其特征[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

9 古宏晨;;纳米材料产业化重大问题及共性问题[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2003年

10 马玉宝;任宪福;;纳米科技与纳米材料[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集（上卷）[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 周建人;我国出台首批纳米材料国家标准[N];中国建材报;2005年

2 记者 王阳;上海形成纳米材料测试服务体系[N];上海科技报;2004年

3 ;纳米材料七项标准出台[N];世界金属导报;2005年

4 通讯员 韦承金邋记者 冯国梧;纳米材料也可污染环境[N];科技日报;2008年

5 廖联明;纳米材料 利弊皆因个头小[N];健康报;2009年

6 卢水平;院士建议开展纳米材料毒性研究[N];中国化工报;2009年

7 郭良宏 中国科学院生态环境研究中心研究员 江桂斌 中国科学院院士;纳米材料的环境应用与毒性效应[N];中国社会科学报;2010年

8 记者 任雪梅　莫璇;中科院纳米材料产业园落户佛山[N];佛山日报;2011年

9 实习生 高敏;纳米材料：小身材涵盖多领域[N];科技日报;2014年

10 本报记者 李军;纳米材料加速传统行业升级[N];中国化工报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 杨杨;功能化稀土纳米材料的合成及其生物成像应用[D];复旦大学;2014年

2 王艳丽;基于氧化钛和氧化锡纳米材料的制备及其在能量存储中的应用[D];复旦大学;2014年

3 吴勇权;含铕稀土纳米材料的功能化及其生物成像应用研究[D];复旦大学;2014年

4 曹仕秀;二硫化钨(WS_2)纳米材料的水热合成与光吸收性能研究[D];重庆大学;2015年

5 廖蕾;基于功能纳米材料的电化学催化研究[D];复旦大学;2014年

6 胥明;一维氧化物、硫化物纳米材料的制备，功能化与应用[D];复旦大学;2014年

7 李淑焕;纳米材料亲疏水性的实验测定与计算预测[D];山东大学;2015年

8 范艳斌;亚细胞水平靶向的纳米材料的设计、制备与应用[D];复旦大学;2014年

9 丁泓铭;纳米粒子与细胞相互作用的理论模拟研究[D];南京大学;2015年

10 骆凯;基于金和石墨烯纳米材料的生物分子化学发光新方法及其应用[D];西北大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 向芸颉;卟啉纳米材料的制备及其应用研究[D];重庆大学;2010年

2 张洁;ZnO基纳米材料的制备及其性质研究[D];安徽大学;2015年

3 温俊涛;磷化钴纳微米材料的合成及性能研究[D];陕西科技大学;2015年

4 张洲;电荷转移盐杂化纳米材料的可控制备和性质的研究[D];燕山大学;2015年

5 韩林;铂基异质结构纳米材料及其电催化性能[D];中国地质大学(北京);2015年

6 程莎;可控形貌氧化铝的制备及吸附性能的研究[D];陕西科技大学;2015年

7 陈中辉;聚合物纳米材料的合成及其对有机染料吸附性能的研究[D];郑州大学;2015年

8 宋懿朋;一种多功能聚合物纳米材料的生物学效应的研究[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2015年

9 张文涛;食品功能因子/二维纳米材料复合物的制备及其抗肿瘤活性研究[D];西北农林科技大学;2015年

10 万丹;基于功能性纳米材料的肽组学富集及蛋白质高效酶解的新方法研究[D];复旦大学;2014年

，

本文编号：1105057