噻吩基共轭聚合物在电化学传感器领域的应用研究
发布时间：2021-10-24 00:52
电化学传感器灵敏度高、响应快速、操作简单,并且成本低廉又小型便携,是分析领域中非常重要的一类检测装置。传感层修饰材料是影响传感器分析性能的主要因素。共轭聚合物具备本征的导电能力和良好的电子亲和性,同时能够对微小扰动表现出敏感的响应,因此可作为优秀的电化学传感材料。其中噻吩基共轭聚合物还兼有良好的稳定性和分子链结构易调控的优点。然而目前用作电极修饰材料的噻吩类聚合物主要以聚3,4-乙烯二氧噻吩类为主,相对局限得多,且其多数时候以复合材料的形式出现,主要利用其优良的导电性或者是通过聚合固载其他材料等。本论文主要利用噻吩基共轭聚合物本身的某些化学物理性质进行电化学传感,研究这些性质对传感性能的影响,并对噻吩基共轭聚合物膜修饰电极的应用性进行初步探究,以希望能够拓展该类材料在修饰电极方面的应用。（1）以1,3,5-三（2-噻吩基）苯为单体,电聚合制备出一种噻吩基共轭微孔聚合物膜修饰玻碳电极（PTTB/GCE）,成功实现了对环境污染物硝基苯酚异构体（邻-硝基苯酚o-NP、间-硝基苯酚m-NP、对-硝基苯酚p-NP）的峰电位分离和同时测定。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的几种共轭聚合物母体结构
?1.1.3.2电化学聚合法相较化学合成，电化学聚合操作更加简便快速，其无需催化剂，且易通过控制电量制得满足不同需求的高质量膜，重复性好，其主要缺点是难以大规模制备。电聚合通常采用三电极体系，即工作电极、参比电极、对电极，此外还需要含聚合单体和支持电解质的电解液。电聚合有阳极氧化聚合和阴极还原聚合两种方式，但阴极还原得到的聚合物膜导电性差且膜厚难以超过100nm，因此通常采用阳极氧化法。电聚合生成共轭聚合物的机理相对复杂，此处以聚噻吩为例对普遍认可的自由基阳离子聚合机理[14-16]进行介绍。如图1-2所示[17]，首先阳极附近的噻吩单体经电化学氧化形成自由基阳离子，随后两个自由基阳离子偶合二聚化并脱去两个质子，形成二聚体；二聚体紧接着被电氧化形成二聚体自由基阳离子，与另一自由基阳离子发生偶合，脱去质子后继续被氧化…就这样电氧化、偶合和消质子循环往复地进行，聚合物链得以不断增长，增长至一定长度后沉积在电极的表面。图1-2普遍接受的聚噻吩的氧化聚合机理[17]。Fig.1-2.Probablemechanismoftheoxidativepolymerizationofthiophene[17].通过优化和控制对电聚合制备共轭聚合物产生影响的几个因素，可以更好地得到符合性能要求的产物：（1）电化学方法的选择：常用循环伏安法、恒电流法和恒电位法。循环伏安法的电位呈规律的周期性变化，可以增加电极表面的成核位点[18]，同时电位的动态变化也可能导致不规则链，影响电导率等[19]；恒电流法可通过调整聚合时间获得不同厚度的聚合物膜；恒电位法获得的聚合膜厚度受通过电解池的积分电量的影响；（2）参数设定：主要影响参数是聚合电位和聚合时间。聚合电位过高将导致聚合物产生结构
第一章绪论7等[44]制备了基于PEDOT的修饰金电极，实验证明PEDOT的存在显著提升了该修饰电极对葡糖氧化酶的检测灵敏度，高达237μAcm-2mmolL-1。Du等[45]构建了基于Pd/PEDOT纳米复合材料的修饰玻碳电极用于检测过氧化氢，尺寸均匀的PEDOT纳米球（直径约60nm）能够很好地锚定Pd纳米粒子（直径约4.5nm）并提供较大的表面积，从而有效提高该修饰电极对过氧化氢还原的电催化活性，其线性检测范围达到2.5–1000μmolL-1。1.2电化学传感器1.2.1电化学传感器的原理电化学传感器（ElectrochemicalSensor）能够将目标分析物的化学信息（如浓度）转换为相应比例的电化学信号（电位、电流或电阻等）[46]，是一类响应准确快速、操作简单、小型便携且成本低廉的检测装置。其基本构造与原理如图1-3所示[33]，主要由信号接收器（Receptor）和换能器（Transducer）构成，通常接收器能够灵敏地感应并放大待测物的化学信号，换能器（电极）将这种信号转化成可测量的电信号，最终由终端仪表以便于识别的方式输出，分析人员根据电信号和待测物浓度呈现的关系来进行定量分析。评估电化学传感器检测性能的关键指标有灵敏度、选择性、重现性以及稳定性[47]。电化学传感器具备的突出优势使其在医药、农药和食品的管控以及环境监测等领域广泛应用。图1-3电化学传感器的工作原理[33]。Fig.1-3.Theschematicofanelectrochemicalsensor[33].1.2.2电化学传感器的分类根据不同的输出信号可将电化学传感器分为电位型、电流型与电导型，以下分别详细介绍这三种类型的电化学传感器。（1）电位型传感器该类传感器是在电极传感层与电解液相界面处建立浓度平衡，以待测物在电极表面
本文编号：3454249
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的几种共轭聚合物母体结构
?1.1.3.2电化学聚合法相较化学合成，电化学聚合操作更加简便快速，其无需催化剂，且易通过控制电量制得满足不同需求的高质量膜，重复性好，其主要缺点是难以大规模制备。电聚合通常采用三电极体系，即工作电极、参比电极、对电极，此外还需要含聚合单体和支持电解质的电解液。电聚合有阳极氧化聚合和阴极还原聚合两种方式，但阴极还原得到的聚合物膜导电性差且膜厚难以超过100nm，因此通常采用阳极氧化法。电聚合生成共轭聚合物的机理相对复杂，此处以聚噻吩为例对普遍认可的自由基阳离子聚合机理[14-16]进行介绍。如图1-2所示[17]，首先阳极附近的噻吩单体经电化学氧化形成自由基阳离子，随后两个自由基阳离子偶合二聚化并脱去两个质子，形成二聚体；二聚体紧接着被电氧化形成二聚体自由基阳离子，与另一自由基阳离子发生偶合，脱去质子后继续被氧化…就这样电氧化、偶合和消质子循环往复地进行，聚合物链得以不断增长，增长至一定长度后沉积在电极的表面。图1-2普遍接受的聚噻吩的氧化聚合机理[17]。Fig.1-2.Probablemechanismoftheoxidativepolymerizationofthiophene[17].通过优化和控制对电聚合制备共轭聚合物产生影响的几个因素，可以更好地得到符合性能要求的产物：（1）电化学方法的选择：常用循环伏安法、恒电流法和恒电位法。循环伏安法的电位呈规律的周期性变化，可以增加电极表面的成核位点[18]，同时电位的动态变化也可能导致不规则链，影响电导率等[19]；恒电流法可通过调整聚合时间获得不同厚度的聚合物膜；恒电位法获得的聚合膜厚度受通过电解池的积分电量的影响；（2）参数设定：主要影响参数是聚合电位和聚合时间。聚合电位过高将导致聚合物产生结构
第一章绪论7等[44]制备了基于PEDOT的修饰金电极，实验证明PEDOT的存在显著提升了该修饰电极对葡糖氧化酶的检测灵敏度，高达237μAcm-2mmolL-1。Du等[45]构建了基于Pd/PEDOT纳米复合材料的修饰玻碳电极用于检测过氧化氢，尺寸均匀的PEDOT纳米球（直径约60nm）能够很好地锚定Pd纳米粒子（直径约4.5nm）并提供较大的表面积，从而有效提高该修饰电极对过氧化氢还原的电催化活性，其线性检测范围达到2.5–1000μmolL-1。1.2电化学传感器1.2.1电化学传感器的原理电化学传感器（ElectrochemicalSensor）能够将目标分析物的化学信息（如浓度）转换为相应比例的电化学信号（电位、电流或电阻等）[46]，是一类响应准确快速、操作简单、小型便携且成本低廉的检测装置。其基本构造与原理如图1-3所示[33]，主要由信号接收器（Receptor）和换能器（Transducer）构成，通常接收器能够灵敏地感应并放大待测物的化学信号，换能器（电极）将这种信号转化成可测量的电信号，最终由终端仪表以便于识别的方式输出，分析人员根据电信号和待测物浓度呈现的关系来进行定量分析。评估电化学传感器检测性能的关键指标有灵敏度、选择性、重现性以及稳定性[47]。电化学传感器具备的突出优势使其在医药、农药和食品的管控以及环境监测等领域广泛应用。图1-3电化学传感器的工作原理[33]。Fig.1-3.Theschematicofanelectrochemicalsensor[33].1.2.2电化学传感器的分类根据不同的输出信号可将电化学传感器分为电位型、电流型与电导型，以下分别详细介绍这三种类型的电化学传感器。（1）电位型传感器该类传感器是在电极传感层与电解液相界面处建立浓度平衡，以待测物在电极表面
本文编号：3454249
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