基于石墨烯纳米复合材料的电化学传感器研究

发布时间：2017-03-29 03:15

  本文关键词：基于石墨烯纳米复合材料的电化学传感器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯作为一种新型的碳纳米材料,它具有许多优异性能如快速的电子传递能力、完美的量子隧道效应及大的比表面积,有望在电化学检测及催化领域得到广泛应用。电化学传感器作为一种新的检测工具,具有制备简单、响应速度快、灵敏度高及成本低等优点,广泛应用于食品安全、临床诊断和环境监测等领域。纳米材料尺寸在纳米级,具有异于普通材料的磁、光、热、电、力学等优异性能,将纳米材料用于制备传感器,可以显著增强传感器的性能。本论文以石墨烯为基础,研究了石墨烯纳米复合材料在电化学传感器中的应用。具体内容包括以下三个部分： 1、采用化学氧化还原法合成石墨烯,将石墨烯分散在壳聚糖溶液中,得到稳定的石墨烯-壳聚糖复合体系,用该复合材料修饰的电极吸附一层纳米金,然后将血红蛋白固定在该修饰电极上。石墨烯、壳聚糖和纳米金等纳米材料具有良好的生物相容性,血红蛋白在修饰电极上保持了良好的生物活性且成功实现了其直接的电化学,在此基础上制得了高性能的过氧化氢传感器,纳米金的引入有效的提高了过氧化氢传感器的性能,制得传感器的灵敏度为347.1mA·cm-2·M-1,响应线性范围为2-935μM,且具有良好的稳定性。 2、采用简单的超声诱导的方法制备了新颖的石墨烯/环糊精/纳米金纳米复合材料,用该纳米复合材料修饰的电极检测多巴胺(DA)和尿酸(UA),该修饰电极结合了石墨烯、纳米金及D-环糊精等纳米材料的优点,具有大的比表面积和优异电子传输能力,实现了DA和UA的灵敏检测。在优化条件下,该电极对DA的检测限0.08μM,UA的检测限为0.04μM,且该电极能应用于真实样品的检测。 3、研究了石墨烯-壳聚糖复合物修饰电极(GR-CS/GCE)对对硝基苯酚⑦-NP)和邻硝基苯酚(o-NP)的催化性能。由于石墨烯的引入,该电极显示出了良好的电催化能力,在优化的条件下,p-NP和o-NP的峰电位差为81mV,在混合液中能清晰地对p-NP和o-NP进行鉴别和检测,该电极对p-NP的响应线性范围为0.1-140μM,检测限为0.09μM(S/N＝3),对o-NP的响应线性范围为1-240μM,检测限为0.2μM(S/N=3)。因此,石墨烯-壳聚糖复合材料可以作为一种理想的电极材料,用于硝基苯酚异构体的检测。
【关键词】：石墨烯 壳聚糖 纳米金 血红蛋白 β-环糊精 纳米复合材料 电化学传感器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;TP212.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 石墨烯10-12
• 1.1.1 石墨烯概述10-11
• 1.1.2 石墨烯的制备11-12
• 1.2 电化学传感器12-14
• 1.2.1 电化学传感器简介13
• 1.2.2 电化学生物传感器13-14
• 1.3 纳米材料在电化学传感器中的应用14-17
• 1.3.1 石墨烯14-15
• 1.3.2 壳聚糖15-16
• 1.3.3 纳米金颗粒16
• 1.3.4 环糊精16-17
• 1.4 本论文的选题意义及主要研究内容17-19
• 1.4.1 本论文的选题意义17
• 1.4.2 本论文的主要研究内容17-19
• 2 血红蛋白在石墨烯-壳聚糖/纳米金复合材料膜修饰电极上的直接电化学及电催化19-33
• 2.1 前言19
• 2.2 实验部分19-22
• 2.2.1 实验的仪器和药品19-20
• 2.2.2 石墨烯和纳米金的制备20-21
• 2.2.3 修饰电极的制备21-22
• 2.3 结果和讨论22-31
• 2.3.1 形貌表征22-23
• 2.3.2 UV-vis和FT-IR表征23-25
• 2.3.3 电化学阻抗图谱25-26
• 2.3.4 血红蛋白的直接电化学26-28
• 2.3.5 电催化和检测过氧化氢28-31
• 2.3.6 Hb/AuNPs/GR-CS复合膜电极的稳定性31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 基于石墨烯/环糊精/纳米金复合膜修饰电极测定多巴胺和尿酸33-49
• 3.1 前言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验的仪器和药品34
• 3.2.2 石墨烯和纳米金的制备34
• 3.2.3 修饰电极的制备34-35
• 3.3 结果和讨论35-48
• 3.3.1 材料的表征35-37
• 3.3.2 DA和UA的电化学行为37-40
• 3.3.3 实验条件的优化40-43
• 3.3.4 DA和UA的同时检测43-47
• 3.3.5 GR-AuNPs-CD-CS/GCE电极的稳定性47
• 3.3.6 真实样品的检测47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 石墨烯-壳聚糖复合材料修饰电极对硝基苯酚异构体的电化学行为及其灵敏检测49-63
• 4.1 前言49
• 4.2 实验部分49-50
• 4.2.1 实验的仪器和药品49-50
• 4.2.2 石墨烯的制备50
• 4.2.3 修饰电极的制备50
• 4.3 结果和讨论50-62
• 4.3.1 材料的表征50-52
• 4.3.2 p-NP和o-NP的电化学行为52-54
• 4.3.3 实验条件的优化54-58
• 4.3.4 p-NP和o-NP的同时检测58-62
• 4.3.5 GR-CS/GCE电极的稳定性62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 结论与创新63-64
• 5.1 结论63
• 5.2 论文的创新点63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-74
• 附录74

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