自支撑Cu-MOFs及其衍生材料构建的无酶葡萄糖电化学传感器
发布时间：2020-11-10 08:06
近几年,糖尿病已经成为世界性高发疾病之一,糖尿病人为了控制病情,每天多次检测血糖浓度的变化至关重要,因此本文致力于研发高效、可靠的葡萄糖传感器。市售的血糖仪大多为酶基葡萄糖电化学传感器,酶易受环境影响而失活,影响检测结果,因此研究者们尝试以贵金属、过渡金属、碳材料等为主的电极材料制备无酶葡萄糖电化学传感器。本文直接生长Cu-TCNQ于泡沫铜基体表面应用于无酶检测葡萄糖,克服了传统MOFs(金属有机骨架化合物)导电性差、结构易坍塌的困难,并且其自支撑的结构解决了传统化学修饰电极制备复杂、电活性材料易脱落、稳定性差等问题。同时以Cu-BTC为前驱体制备了性能优良的自支撑CuO工作电极用于无酶检测葡萄糖。以下为本论文的主要研究成果:本文采用常温下化学浴的方法,制备自支撑Cu-TCNQ纳米棒阵列电极并在400℃高温烧结以提升Cu-TCNQ的稳定性。研究结果显示,该电极检测葡萄糖的灵敏度高达34.96 m A·m M~(-1)·cm~(-2),线性范围为1.00μmol·L~(-1)~3.20 mmol·L~(-1),烧结后线性范围拓宽至5.17 mmol·L~(-1),检出限低至0.33μmol·L~(-1),并且该电极具有较好的选择性、重现性、长期稳定性及抗氯离子毒化性能,可用于人体血清样品的实际检测,测定结果具有较高的准确度和精密度。本文利用恒电位沉积方法,采用三电极体系,将Cu-BTC直接沉积在泡沫铜表面,再经过多次循环伏安扫描电化学过程将其转化为Cu O,该电极具有优异的无酶葡萄糖传感性能。研究结果显示,该电极检测葡萄糖的灵敏度高达27.69m A·m M~(-1)·cm~(-2),线性范围为1.00μmol·L~(-1)~5.40 mmol·L~(-1),检出限为0.33μmol·L~(-1),电极对葡萄糖具有良好的选择性,且表现出较好的重现性、长期稳定性和抗氯离子毒化性能,在人体血清样品的检测中能够获得与医院检测报告相近的结果,表明该电极具有实际应用价值。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.1;TP212.2
【部分图文】：
这种电化学法检测葡萄糖的方法就不会受到上面两种因素的干扰。所以在诸多型的葡萄糖传感器中，有关葡萄糖电化学传感器的研究比较多。然而，葡萄糖化学传感器的技术并不完善，仍需要提高。1.2 生物传感器最早的生物传感器是采用氧来为酶做电子传递的媒介，与电极之间形成电通道，直接对反应产物的增加(H2O2或H+)或反应底物(O2)的减少进行检测,从而反出被测物的浓度变化。例如葡萄糖氧化酶GODx (Glucose oxidase)，是一种氧化原酶，就是利用氧作为氧化还原的电子受体形成活性中心。响应机理如下：酶膜：GODx(FAD) + glucose + H2O2→ GODx(FADH2) + gluconicacidGODx(FADH2) + O2→ GODx(FAD) + H2O2过氧化氢电极：H2O2→ 2H++ O2+2e-氧电极：O2+ 4H++ 4e-→ 2H2O生物传感器根据酶和电极之间的反应机理示意图如下所示:
不同形貌的铜基材料，例如铜纳米线[56]、Fs 材料及其衍生物[61-62]，已经被应用于无料在用于葡萄糖无酶电化学传感器电极材料铜基材料中，Cu-MOFs 纳米材料构筑无酶，仅有的几篇报道工作，也是将 Cu-MOFs 化学传感器电极材料。基于此，我们希望合的 Cu-MOFs 材料。人成功制备了纳米棒状的 Cu-TCNQ[63]（noquinodimethane， TCNQ)），Cu-TCNQ 具离子电池，表现出了非常优异的电化学性能子与四个氮原子形成一个高度扭曲的四面和 142°，相邻的 TCNQ 分子呈 90°旋转
图 3-2 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极的合成示意图3.3 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极材料的形貌与结构表征3.3.1 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极的 XRD 表征基底泡沫铜的金属铜峰型较强，且表面不平整，可能导致 Cu-TCNQ 出峰不明显或产生明显偏移。为了排除泡沫铜的峰型对 Cu-TCNQ 的干扰，我们参考文献的制备方式，将铜箔化学浴 18 小时后，用小刀刮下表面生长的绿色 Cu-TCNQ，利用收集得到的粉末进行 XRD 表征。从铜箔上刮下的 Cu-TCNQ 粉末的 XRD 表征结果如图 3-3b 所示。
【参考文献】
本文编号：2877698
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.1;TP212.2
【部分图文】：
这种电化学法检测葡萄糖的方法就不会受到上面两种因素的干扰。所以在诸多型的葡萄糖传感器中，有关葡萄糖电化学传感器的研究比较多。然而，葡萄糖化学传感器的技术并不完善，仍需要提高。1.2 生物传感器最早的生物传感器是采用氧来为酶做电子传递的媒介，与电极之间形成电通道，直接对反应产物的增加(H2O2或H+)或反应底物(O2)的减少进行检测,从而反出被测物的浓度变化。例如葡萄糖氧化酶GODx (Glucose oxidase)，是一种氧化原酶，就是利用氧作为氧化还原的电子受体形成活性中心。响应机理如下：酶膜：GODx(FAD) + glucose + H2O2→ GODx(FADH2) + gluconicacidGODx(FADH2) + O2→ GODx(FAD) + H2O2过氧化氢电极：H2O2→ 2H++ O2+2e-氧电极：O2+ 4H++ 4e-→ 2H2O生物传感器根据酶和电极之间的反应机理示意图如下所示:
不同形貌的铜基材料，例如铜纳米线[56]、Fs 材料及其衍生物[61-62]，已经被应用于无料在用于葡萄糖无酶电化学传感器电极材料铜基材料中，Cu-MOFs 纳米材料构筑无酶，仅有的几篇报道工作，也是将 Cu-MOFs 化学传感器电极材料。基于此，我们希望合的 Cu-MOFs 材料。人成功制备了纳米棒状的 Cu-TCNQ[63]（noquinodimethane， TCNQ)），Cu-TCNQ 具离子电池，表现出了非常优异的电化学性能子与四个氮原子形成一个高度扭曲的四面和 142°，相邻的 TCNQ 分子呈 90°旋转
图 3-2 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极的合成示意图3.3 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极材料的形貌与结构表征3.3.1 自支撑 Cu-TCNQ 纳米棒阵列电极的 XRD 表征基底泡沫铜的金属铜峰型较强，且表面不平整，可能导致 Cu-TCNQ 出峰不明显或产生明显偏移。为了排除泡沫铜的峰型对 Cu-TCNQ 的干扰，我们参考文献的制备方式，将铜箔化学浴 18 小时后，用小刀刮下表面生长的绿色 Cu-TCNQ，利用收集得到的粉末进行 XRD 表征。从铜箔上刮下的 Cu-TCNQ 粉末的 XRD 表征结果如图 3-3b 所示。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 方莉;贺进禄;;无酶葡萄糖传感器[J];化学进展;2015年05期
相关硕士学位论文 前2条
1 李冉冉;基于Cu及CuNi纳米材料自支撑电极构筑的无酶葡萄糖传感器[D];哈尔滨工业大学;2016年
2 易玮;基于碳纳米管杂化材料无酶葡萄糖电化学传感器的研究[D];湘潭大学;2014年
本文编号：2877698
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2877698.html
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