基于金属—有机骨架材料的电化学传感器

发布时间：2017-04-14 08:04

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【摘要】：金属有机骨架材料(MOFs)作为一种多孔材料,具有制备简单、比表面积大、孔隙度高、结构多样化及孔道表面可修饰等特点。本论文制备了镍(II)-2,5吡啶二羧酸金属有机骨架材料(Ni(pdc))、镍(II)对苯二甲酸/单壁碳纳米管复合材料(Ni(bdc)-SWCNT)、锰(II)对苯二甲酸/单壁碳纳米管复合材料(Mn(bdc)-SWCNT)。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶-红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)等技术对这些材料的形貌、结构及性质进行了表征。将这些材料修饰到电极表面,分别用于葡萄糖(glucose)和Pb2+的检测,构建了多种灵敏、高效的电化学传感器。主要的研究内容有:(1)以氯化镍和2,5-吡啶二羧酸为原料,采用一锅水热法制备了球状的Ni(pdc)。利用壳聚糖(CS)良好的成膜性,将Ni(pdc)固载到玻碳电极(GCE)表面,得到Ni(pdc)-CS/GCE。通过循环伏安法(CV)考察了修饰电极的电化学行为,结果显示Ni(pdc)在0.1 mol/L Na OH溶液中呈现一对良好的氧化还原峰。采用电流-时间法考察了该修饰电极对葡萄糖的电催化性能。实验表明,Ni(pdc)-CS/GCE对葡萄糖具有良好的催化活性,催化常数为1.1×104 M-1 s-1。在最优条件下,催化电流与葡萄糖浓度在20.0μmol/L~5.9mmol/L范围内呈良好的线性关系,检出限达5.8μmol/L(S/N=3)。多巴胺、抗坏血酸、尿酸等常见干扰物对检测不存在显著影响。传感器应用于血清中葡萄糖实际样品检测,结果令人满意。(2)以氯化镍和对苯二甲酸为原料,通过一锅水热法合成了花球状Ni(bdc),并将其与CS分散的单壁碳纳米管(SWCNT)物理掺杂,制备了Ni(bdc)-SWCNT-CS复合材料。该复合材料具有良好的分散性和稳定性。将复合材料修饰于电极表面,得到Ni(bdc)-SWCNT-CS/GCE。利用Ni(II)对葡萄糖的电催化能力,采用循环伏安法(CV)和电流-时间法考察了复合材料对葡萄糖电催化性能,构建了一种新型的无酶葡萄糖传感器。电化学测试结果表明,该修饰电极在碱性条件下对葡萄糖具有良好的催化活性,电子传递催化速率常数(kcat)为1.60×103 M-1 s-1。在最佳实验条件下,该传感器对葡萄糖的线性响应范围为20.0μmol/L~5.0 mmol/L,检出限达4.4μmol/L(S/N=3),且该传感器表现出良好的稳定性和重现性,实际样品回收率在96.0%和101.5%之间。(3)以氯化锰、对苯二甲酸和单壁碳纳米管为原料,采用一步法合成Mn(bdc)-SWCNT复合材料,并用于构建重金属离子Pb2+传感器。利用CS良好的成膜性,将Mn(bdc)-SWCNT固载到玻碳电极表面,得到Mn(bdc)-SWCNT-CS/GCE。采用差分脉冲溶出伏安法(DPSV)实现了重金属离子Pb2+的测定。优化了电解质、p H、富集电位和富集时间。在最优的条件下,溶出峰电流与Pb2+浓度在0.1μmol/L~14.0μmol/L范围内呈良好的线性关系,其线性回归方程:Ip(μA)=2.093 C(μmol/L)+6.360,线性相关系数r=0.994,检出限为0.038μmol/L(S/N=3)。应用于工业废水中Pb2+检测回收率在99.5%到103.0%之间。
【关键词】：金属有机骨架材料 修饰电极 电化学传感器 葡萄糖 铅
【学位授予单位】：闽南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TP212.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 生物传感器13
• 1.2 电化学生物传感器13-14
• 1.3 金属-有机骨架材料（MOFs）简介14-17
• 1.3.1 MOFs的发展14-15
• 1.3.2 MOFs的优点15-16
• 1.3.3 MOFs的合成16-17
• 1.3.3.1 原料的选择16
• 1.3.3.2 合成方法16-17
• 1.4 MOFs及其复合物在电化学传感器的应用17-18
• 1.4.1 生物小分子的检测17
• 1.4.2 药物小分子的检测17-18
• 1.4.3 重金属离子的检测18
• 1.5 课题研究意义和研究内容18-21
• 参考文献21-27
• 第2章 基于镍-2，5 吡啶二羧酸金属有机骨架材料的无酶葡萄糖电化学传感器. 1527-47
• 2.1 前言27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 试剂和仪器28-29
• 2.2.2 Ni(pdc)的制备29
• 2.2.3 Ni(pdc)-CS/GCE的制备29
• 2.2.4 电化学实验29-30
• 2.3 结果与讨论30-40
• 2.3.1 Ni(pdc)材料的表征30-31
• 2.3.2 Ni(pdc)-CS/GCE的电化学行为31-32
• 2.3.3 不同扫描速率对Ni(pdc)-CS/GCE的影响32-34
• 2.3.4 不同pH对Ni(pdc)-CS/GCE的影响34-35
• 2.3.5 Ni(pdc)-CS/GCE对葡萄糖的电催化作用35-36
• 2.3.6 计时电流法36-37
• 2.3.7 电位优化37-38
• 2.3.8 Ni(pdc)-CS/GCE对葡萄糖的响应性能38-39
• 2.3.9 传感器的选择性、重现性、稳定性及回收率39-40
• 2.4 结论40-43
• 参考文献43-47
• 第3章 基于镍-对苯二甲酸/单壁碳纳米管复合材料的无酶葡萄糖电化学传感器. 3547-69
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 试剂48
• 3.2.2 仪器48
• 3.2.3 Ni(bdc)材料的合成48-49
• 3.2.4 SWCNT-CS分散液的制备49
• 3.2.5 Ni(bdc)-SWCNT-CS/GCE的制备49
• 3.2.6 实验方法49-50
• 3.3 结果与讨论50-63
• 3.3.1 Ni(bdc)材料的表征50-51
• 3.3.2 葡萄糖在不同修饰电极上的电化学行为51-53
• 3.3.3 扫速对Ni(bdc)-SWCNT-CS/GCE电化学行为的影响53-55
• 3.3.4 溶液pH的影响55-56
• 3.3.5 计时电流法56-58
• 3.3.6 电位优化58-59
• 3.3.7 不同修饰电极对葡萄糖的计时电流响应59-60
• 3.3.8 线性分析60-62
• 3.3.9 Ni(bdc)-SWCNT-CS/GCE的选择性、稳定性、重现性和对实际样品的检测62-63
• 3.4 结论63-65
• 参考文献65-69
• 第4章 锰-对苯二甲酸金属有机骨架/单壁碳纳米管复合材料对Pb2+的吸附溶出伏安分析69-87
• 4.1 前言69-70
• 4.2 实验部分70-72
• 4.2.1 试剂和仪器70-71
• 4.2.2 Mn(bdc)-SWCNT复合材料的制备71
• 4.2.3 修饰电极的制备71
• 4.2.4 电化学实验71-72
• 4.3 结果与讨论72-81
• 4.3.1 Mn(bdc)和Mn(bdc)-SWCNT材料表征72-74
• 4.3.2 不同修饰电极测定铅离子74-75
• 4.3.3 实验条件优化75-79
• 4.3.3.1 支持电解液及pH对铅信号的影响76-77
• 4.3.3.2 富集电位对铅信号的影响77-78
• 4.3.3.3 富集时间对铅信号的影响78-79
• 4.3.4 线性分析79-80
• 4.3.5 传感器选择性、重现性、稳定性及实际样品的分析80-81
• 4.4 结论81-83
• 参考文献83-87
• 结论与展望87-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士期间参与的科研项目与发表论文91
• 1. 参与的研究课题91
• 2. 科研成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘金华;刘韬;孟日增;聂丹丹;刘阳;薛力刚;;利用光纤倏逝波生物传感器检测食品中大肠杆菌O157:H7[J];食品安全质量检测学报;2014年04期

2 王亚珍;;基于乙炔黑/壳聚糖膜修饰电极的阳极溶出伏安法测定水样中铅[J];冶金分析;2011年12期

  本文关键词：基于金属—有机骨架材料的电化学传感器，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：305545