石墨烯-柱芳烃超分子复合膜的构筑及电化学传感研究
发布时间：2021-02-01 01:16
石墨烯作为一种二维碳材料,由于其良好的电化学稳定性、较大的比表面积和较高的导电性,在电化学传感方面显示出巨大的应用潜能。另一方面,超分子化学中分子识别的特点在于高度的选择性和可逆性,这与传感器对敏感膜的要求不谋而合。柱芳烃,作为重要的超分子之一,在对客体分子识别过程中,已展现出一些独特的特性,为其在电化学传感的发展提供了可能性。本文提出将柱芳烃修饰在石墨烯表面,得到具有分子识别能力的柱芳烃功能化石墨烯复合材料,将其作为修饰材料在电极表面构筑了新的电化学传感器。具体研究内容如下:（1）将水溶性的氨基功能化的柱[6]芳烃（CP6）修饰到氧化石墨烯（GO）的表面,通过红外吸收光谱（FTIR）、紫外吸收光谱（UV-Vis）、热重分析（TGA）、X射线光电子能谱分析（XPS）和Zeta电位等方法表征了GO-CP6的特性。采用脉冲电位法（PPM）,一步实现GO的还原和电极修饰,构建了石墨烯-柱芳烃（Er GO-CP6）超分子纳米复合膜修修饰电极（Er GO-CP6/GCE）。扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）和循环伏安法（CV）等手段表征了Er GO-CP6修饰电极特性。在此基础上,研究了...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯结构示意图
第一章绪论5用下将分散液中的GO直接在裸电极表面还原成石墨烯。对比于间接电化学还原，该方法有明显的优势：(1)试剂无毒，条件温和，不产生二次污染，操作过程简便快速。(2)制备过程可控，容易在电极界面实现功能化构建和分子结构设计。直接电化学还原方法还可以将纳米复合物和GO混合，然后让二者的混合物通过电化学同步沉积到电极的表面，这为制备ErGO的纳米混合物提供更简便、直接的方法。Wu等[31]也将GO与氮掺杂碳纳米管(NCNTs)混合均匀，用电化学沉积了ErGO/NCNTs，进一步的表征与测试，发现该复合物可以有效的降低石墨烯的团聚现象，并提高其导电性能。这些功能化石墨烯的构建，对电化学传感器的应用提供了更多的可能性。2.基于脉冲电位法构建的ErGO修饰电极目前，电化学还原石墨烯多采用的是恒电位法[32]和循环伏安法[33]。这两种方法还原效率并不高，而且在沉积过程中构建复合材料修饰界面时，并不能克服易堆积、易氧化等缺点。图1.3构建石墨烯薄膜时的电流和电位(插图)变化图脉冲电位法(PPM)的电位是按照矩形波变化的，最大的特点就是存在脉冲间隔。如图1.3展示了脉冲电位技术构建石墨烯薄膜是的电流和电位变化波形图。它在玻碳电极表面采用了两种电位：阳极电位和阴极电位。当施加一个脉冲电位后，GO沉积在GCE表面，当施加另一个脉冲电位时，GO得到还原变成ErGO。期间由于脉冲间隔的存在，GCE溶液界面处消耗的物质得到补偿，晶粒的增长受到阻碍，不易发生团聚，从而形成晶粒较小且均匀的薄膜。Rajendran等[34]采用脉冲电位法制得了聚苯胺膜，在实验过程中还通过调节不同的脉冲参数条件，
第一章绪论7第四代主体超分子葫芦脲因是一个桶状的大环化合物，结构高度对称，官能化比较困难，发展受到了阻碍。图1.4冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲和柱芳烃结构图柱芳烃作为第五代超分子主体。在2008年，Ogoshi教授等人[45]发现柱芳烃是在对苯二酚醚单元的苯环的对位通过亚甲基桥连接所构成的、结构对称的“柱”状化合物。柱芳烃因其高度对称的结构和易官能团化等特点，首次报道之后就引起了外界的广泛关注。1.3.2柱芳烃简介作为一类新型的大环主体化合物，柱芳烃的出现促进了超分子化学的蓬勃发展。所以随着Ogoshi教授等人首次设计并合成的超分子化合物被命名为“柱[5]芳烃”之后，柱芳烃同系物柱[n]芳烃(n=5-15)等也先后被合成[46-47]。其中柱[5]芳烃和柱[6]芳烃分别是由五个、六个重复单元组成，因为他们产量高且易修饰，因此得到广泛的应用。根据单晶数据显示[48](图1.5)，柱[5]芳烃呈现正五边形柱状结构，其中苯环与桥碳与相邻苯环的Ar-C-Ar的夹角约为111°，而sp3杂化轨道的键角为109°28＇，正五边形的内角为108°，这些值都很接近，因此是一个对称性非常好的环状低聚物。柱[6]芳烃的单晶结构与柱[5]芳烃类似(图1.6)，也是一个高度对称的大环化合物，结构呈现正六边形的柱状结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柱[6]芳烃在功能材料方面的应用研究进展[J]. 陈煜,田晓冲,唐坤,李臣康,柏松. 化工新型材料. 2019(06)
[2]不同还原剂制备石墨烯及其表征[J]. 李子庆,赫文秀,张永强,邵志海,于慧颖. 电源技术. 2018(06)
[3]基于电化学还原氧化石墨烯的电化学传感[J]. 饶红红,薛中华,王雪梅,赵国虎,侯辉辉,王晖. 化学进展. 2016(Z2)
[4]6-疏基嘌呤,硫唑嘌呤,8-氮杂鸟嘌呤的滤纸基质室温燐光法研究[J]. 王亚平,丁莉华,董川. 分析化学. 2004(01)
[5]8-氮鸟嘌呤在活化电极上的电化学行为研究[J]. 许雪琴,齐秀贞,陈国南. 福州大学学报(自然科学版). 2002(05)
[6]抗癌药物8-氮鸟嘌呤的示波极谱分析方法研究[J]. 王翠红,刘晨湘,曲松,徐张明,冶保献. 天津师范大学学报(自然科学版). 2002(02)
[7]8-氮鸟嘌呤的极谱伏安行为[J]. 张勇,樊惠芝,孔祥科,刘燕娥,潘景浩. 分析化学. 1998(06)
博士论文
[1]基于柱芳烃主客体化学的研究与应用[D]. 华彬.浙江大学 2018
[2]功能化石墨烯的制备及在高性能高分子材料中的应用[D]. 曹也文.复旦大学 2012
硕士论文
[1]基于柱芳烃的人工单分子阴离子跨膜通道的设计合成[D]. 陈晓磊.青岛科技大学 2018
[2]三维多孔石墨烯的制备及其表征[D]. 孙丹.沈阳大学 2016
[3]功能化石墨烯及其复合材料的制备与性能研究[D]. 周超.上海工程技术大学 2015
本文编号：3011928
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯结构示意图
第一章绪论5用下将分散液中的GO直接在裸电极表面还原成石墨烯。对比于间接电化学还原，该方法有明显的优势：(1)试剂无毒，条件温和，不产生二次污染，操作过程简便快速。(2)制备过程可控，容易在电极界面实现功能化构建和分子结构设计。直接电化学还原方法还可以将纳米复合物和GO混合，然后让二者的混合物通过电化学同步沉积到电极的表面，这为制备ErGO的纳米混合物提供更简便、直接的方法。Wu等[31]也将GO与氮掺杂碳纳米管(NCNTs)混合均匀，用电化学沉积了ErGO/NCNTs，进一步的表征与测试，发现该复合物可以有效的降低石墨烯的团聚现象，并提高其导电性能。这些功能化石墨烯的构建，对电化学传感器的应用提供了更多的可能性。2.基于脉冲电位法构建的ErGO修饰电极目前，电化学还原石墨烯多采用的是恒电位法[32]和循环伏安法[33]。这两种方法还原效率并不高，而且在沉积过程中构建复合材料修饰界面时，并不能克服易堆积、易氧化等缺点。图1.3构建石墨烯薄膜时的电流和电位(插图)变化图脉冲电位法(PPM)的电位是按照矩形波变化的，最大的特点就是存在脉冲间隔。如图1.3展示了脉冲电位技术构建石墨烯薄膜是的电流和电位变化波形图。它在玻碳电极表面采用了两种电位：阳极电位和阴极电位。当施加一个脉冲电位后，GO沉积在GCE表面，当施加另一个脉冲电位时，GO得到还原变成ErGO。期间由于脉冲间隔的存在，GCE溶液界面处消耗的物质得到补偿，晶粒的增长受到阻碍，不易发生团聚，从而形成晶粒较小且均匀的薄膜。Rajendran等[34]采用脉冲电位法制得了聚苯胺膜，在实验过程中还通过调节不同的脉冲参数条件，
第一章绪论7第四代主体超分子葫芦脲因是一个桶状的大环化合物，结构高度对称，官能化比较困难，发展受到了阻碍。图1.4冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲和柱芳烃结构图柱芳烃作为第五代超分子主体。在2008年，Ogoshi教授等人[45]发现柱芳烃是在对苯二酚醚单元的苯环的对位通过亚甲基桥连接所构成的、结构对称的“柱”状化合物。柱芳烃因其高度对称的结构和易官能团化等特点，首次报道之后就引起了外界的广泛关注。1.3.2柱芳烃简介作为一类新型的大环主体化合物，柱芳烃的出现促进了超分子化学的蓬勃发展。所以随着Ogoshi教授等人首次设计并合成的超分子化合物被命名为“柱[5]芳烃”之后，柱芳烃同系物柱[n]芳烃(n=5-15)等也先后被合成[46-47]。其中柱[5]芳烃和柱[6]芳烃分别是由五个、六个重复单元组成，因为他们产量高且易修饰，因此得到广泛的应用。根据单晶数据显示[48](图1.5)，柱[5]芳烃呈现正五边形柱状结构，其中苯环与桥碳与相邻苯环的Ar-C-Ar的夹角约为111°，而sp3杂化轨道的键角为109°28＇，正五边形的内角为108°，这些值都很接近，因此是一个对称性非常好的环状低聚物。柱[6]芳烃的单晶结构与柱[5]芳烃类似(图1.6)，也是一个高度对称的大环化合物，结构呈现正六边形的柱状结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柱[6]芳烃在功能材料方面的应用研究进展[J]. 陈煜,田晓冲,唐坤,李臣康,柏松. 化工新型材料. 2019(06)
[2]不同还原剂制备石墨烯及其表征[J]. 李子庆,赫文秀,张永强,邵志海,于慧颖. 电源技术. 2018(06)
[3]基于电化学还原氧化石墨烯的电化学传感[J]. 饶红红,薛中华,王雪梅,赵国虎,侯辉辉,王晖. 化学进展. 2016(Z2)
[4]6-疏基嘌呤,硫唑嘌呤,8-氮杂鸟嘌呤的滤纸基质室温燐光法研究[J]. 王亚平,丁莉华,董川. 分析化学. 2004(01)
[5]8-氮鸟嘌呤在活化电极上的电化学行为研究[J]. 许雪琴,齐秀贞,陈国南. 福州大学学报(自然科学版). 2002(05)
[6]抗癌药物8-氮鸟嘌呤的示波极谱分析方法研究[J]. 王翠红,刘晨湘,曲松,徐张明,冶保献. 天津师范大学学报(自然科学版). 2002(02)
[7]8-氮鸟嘌呤的极谱伏安行为[J]. 张勇,樊惠芝,孔祥科,刘燕娥,潘景浩. 分析化学. 1998(06)
博士论文
[1]基于柱芳烃主客体化学的研究与应用[D]. 华彬.浙江大学 2018
[2]功能化石墨烯的制备及在高性能高分子材料中的应用[D]. 曹也文.复旦大学 2012
硕士论文
[1]基于柱芳烃的人工单分子阴离子跨膜通道的设计合成[D]. 陈晓磊.青岛科技大学 2018
[2]三维多孔石墨烯的制备及其表征[D]. 孙丹.沈阳大学 2016
[3]功能化石墨烯及其复合材料的制备与性能研究[D]. 周超.上海工程技术大学 2015
本文编号：3011928
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