基于金属有机框架及其衍生物的电化学传感器设计及检测应用
发布时间：2022-01-13 16:22
在过去的几十年中,对金属有机框架材料（Metal Organic Framework,简称MOFs）的合成与应用研究得到了巨大的发展。除了用于分离和催化外,MOFs材料特性也受到电化学分析研究者的关注。MOFs材料的高孔隙率、大量暴露的活性位点和大的比表面积,为负载客体分子和高催化性的金属颗粒提供了丰富的锚定位点,便于提高电化学检测的灵敏度;而可控的孔径能够控制MOFs材料的基质通过排他对特定分析物进行选择,有利于提高传感器响应的选择性。这些优点使得搭载MOFs材料的电化学传感器广泛应用于环境监测、食品质量控制、医学诊断和化学治疗检测等多个领域。尽管MOFs材料是一种极具潜力的电化学传感器电极材料,但是很多MOFs存在导电性差、结构不稳定等问题,限制了其在电化学传感中的应用。当前,发展基于MOFs的复合材料,将MOFs进行煅烧等制备MOF衍生材料成为提高MOFs稳定性,扩展其电化学应用范围的有效途径。本论文中,我们将金属有机骨架与三维石墨烯结合制备复合物,或者以金属有机框架为前驱体制备其衍生的三维多孔碳-金属复合材料,然后将其用于构建电化学传感器。所制备的复合材料呈现三维多孔结构,可有...
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据传感原理对传感器进行分类（A）直接传感器；（B）间接传感器[1]
硕士学位论文2反应过程所产生的电信号，再通过这些与分析物浓度成比例的电信号来表示反应物的浓度大小[6]。电化学传感器本身具有操作简单容易上手、原材料廉价耐用、灵敏度高、选择性好的优点，被广泛运用在分析界中[7，8]。在电化学传感器通常由工作电极和对电极构成，可以用于检测极化电流。在实际应用中应用最多的是三电极体系（图1-2）。相比于两电极体系而言，三电极体系在普通的两电极体系基础上中引入参比电极，能够更好的排除由于电极电势极化电流而产生的较大误差，还可以同时进行电流和电位的检测，一定程度上提高了测量精度。图1-2三电极体系的简要示意图电化学传感器类型是多种多样的，分类方式也有多种。按传感方式划分，可以将电化学传感器分为接触式电化学传感器与非接触式化学传感器。按照电化学传感器的结构形式划分，可以分为分离型电化学传感器（如离子传感器），另一种是组装一体化传感器（半导体气体传感器）。按输出信号划分，可以将电化学传感器分为电位型电化学传感器、电流型电化学传感器、电导型电化学传感器。按检测对象划分，电化学传感器分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器和气体传感器等。按电化学传感器在检测过程中有无酶的加入，可以将电化学传感器分为基于酶的电化学传感器和无酶电化学传感器。1.1.2无酶电化学传感器酶是一类特殊的蛋白质，它对底物具有高专一性和高度催化性。由于生物体中酶的存在，使得身体中的化学反应都能够在温和的条件下高效、特异的进行。这也使基于酶的电化学传感器具有灵敏度高、专一性好、响应性好的优点。自1962年首次报道了基于酶的生物传感器[9]以来，人们就致力于开发基于酶的生物
这些电极的应用中的严重问题。因此，当前的大部分科学家的工作主要集中在发现具有高电催化活性和良好稳定性的新材料上，以构建无酶传感器。Zhou等人[13]通过合成镍-锰双金属组装在层状石墨烯氧化物上，用于增强葡萄糖和过氧化氢的非酶检测；ZhouJuan等人[14]通过电沉积将金-铂双金属纳米粒子附着二硫化钼纳米板用于无酶过氧化氢电化学传感器构建；Xue等人[15]以水溶性PDDA-GNs为支持物，通过化学还原HAuCl4来直接生长AuNPs，用于高灵敏度检测尿酸。以葡萄糖的无酶电化学传感为例，简要介绍无酶电化学传感器的检测原理。如图1-3所示，首先金属原子通过葡萄糖分子的吸附形成金属离子膜，金属离子将吸附的葡萄糖分子氧化为葡萄糖内酯酸，离子膜在电极表面还原为金属原子，从而实现电荷交换[16]。图1-3基于金属的无酶葡萄糖化学传感器检测原理[16]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchical Metal-Organic Frameworks with Macroporosity:Synthesis, Achievements,and Challenges[J]. Huan V.Doan,Harina Amer Hamzah,Prasanth Karikkethu Prabhakaran,Chiara Petrillo,Valeska P.Ting. Nano-Micro Letters. 2019(03)
[2]Detection of dopamine at graphene-ZIF-8 nanocomposite modified electrode[J]. Yan-Yan Zheng,Chang-Xia Li,Xiao-Teng Ding,Qi Yang,Ya-Min Qi,Hui-Min Zhang,Liang-Ti Qu. Chinese Chemical Letters. 2017(07)
[3]金属-有机框架材料ZIF-8的合成机理研究[J]. 王胜,张胜全. 甘肃冶金. 2016(06)
[4]过氧化氢传感器的研究进展[J]. 何春晓,盖轲,齐慧丽,马东平,魏晓霞. 陇东学院学报. 2016(01)
[5]流动注射-Luminol/Tween 20化学发光体系测定邻苯二酚[J]. 谢建新,伍贤学. 贵州师范大学学报(自然科学版). 2013(03)
[6]间苯二酚与邻苯二酚对泥鳅的急性毒性效应[J]. 雷忻,陈超,王文强,延志莲,董腊梅. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]水体中酚类化合物测定方法的研究现状[J]. 高超,王启山,夏海燕. 天津化工. 2010(04)
[8]流动注射化学发光法测定水中的邻苯二酚[J]. 陈慧,王九春,周敏,马永钧,陈俊辉,李玉杰. 兰州理工大学学报. 2010(02)
[9]电化学DNA生物传感器的研究现状[J]. 刘俊芳,李彦青,郭满栋. 理化检验(化学分册). 2007(08)
[10]氢氧化钴修饰玻碳电极的制备及其电化学行为[J]. 刘有芹,刘六战,沈含熙. 分析测试学报. 2004(06)
硕士论文
[1]食品中过氧化氢的检测方法研究[D]. 孙佳.吉林农业大学 2014
本文编号：3586765
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据传感原理对传感器进行分类（A）直接传感器；（B）间接传感器[1]
硕士学位论文2反应过程所产生的电信号，再通过这些与分析物浓度成比例的电信号来表示反应物的浓度大小[6]。电化学传感器本身具有操作简单容易上手、原材料廉价耐用、灵敏度高、选择性好的优点，被广泛运用在分析界中[7，8]。在电化学传感器通常由工作电极和对电极构成，可以用于检测极化电流。在实际应用中应用最多的是三电极体系（图1-2）。相比于两电极体系而言，三电极体系在普通的两电极体系基础上中引入参比电极，能够更好的排除由于电极电势极化电流而产生的较大误差，还可以同时进行电流和电位的检测，一定程度上提高了测量精度。图1-2三电极体系的简要示意图电化学传感器类型是多种多样的，分类方式也有多种。按传感方式划分，可以将电化学传感器分为接触式电化学传感器与非接触式化学传感器。按照电化学传感器的结构形式划分，可以分为分离型电化学传感器（如离子传感器），另一种是组装一体化传感器（半导体气体传感器）。按输出信号划分，可以将电化学传感器分为电位型电化学传感器、电流型电化学传感器、电导型电化学传感器。按检测对象划分，电化学传感器分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器和气体传感器等。按电化学传感器在检测过程中有无酶的加入，可以将电化学传感器分为基于酶的电化学传感器和无酶电化学传感器。1.1.2无酶电化学传感器酶是一类特殊的蛋白质，它对底物具有高专一性和高度催化性。由于生物体中酶的存在，使得身体中的化学反应都能够在温和的条件下高效、特异的进行。这也使基于酶的电化学传感器具有灵敏度高、专一性好、响应性好的优点。自1962年首次报道了基于酶的生物传感器[9]以来，人们就致力于开发基于酶的生物
这些电极的应用中的严重问题。因此，当前的大部分科学家的工作主要集中在发现具有高电催化活性和良好稳定性的新材料上，以构建无酶传感器。Zhou等人[13]通过合成镍-锰双金属组装在层状石墨烯氧化物上，用于增强葡萄糖和过氧化氢的非酶检测；ZhouJuan等人[14]通过电沉积将金-铂双金属纳米粒子附着二硫化钼纳米板用于无酶过氧化氢电化学传感器构建；Xue等人[15]以水溶性PDDA-GNs为支持物，通过化学还原HAuCl4来直接生长AuNPs，用于高灵敏度检测尿酸。以葡萄糖的无酶电化学传感为例，简要介绍无酶电化学传感器的检测原理。如图1-3所示，首先金属原子通过葡萄糖分子的吸附形成金属离子膜，金属离子将吸附的葡萄糖分子氧化为葡萄糖内酯酸，离子膜在电极表面还原为金属原子，从而实现电荷交换[16]。图1-3基于金属的无酶葡萄糖化学传感器检测原理[16]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchical Metal-Organic Frameworks with Macroporosity:Synthesis, Achievements,and Challenges[J]. Huan V.Doan,Harina Amer Hamzah,Prasanth Karikkethu Prabhakaran,Chiara Petrillo,Valeska P.Ting. Nano-Micro Letters. 2019(03)
[2]Detection of dopamine at graphene-ZIF-8 nanocomposite modified electrode[J]. Yan-Yan Zheng,Chang-Xia Li,Xiao-Teng Ding,Qi Yang,Ya-Min Qi,Hui-Min Zhang,Liang-Ti Qu. Chinese Chemical Letters. 2017(07)
[3]金属-有机框架材料ZIF-8的合成机理研究[J]. 王胜,张胜全. 甘肃冶金. 2016(06)
[4]过氧化氢传感器的研究进展[J]. 何春晓,盖轲,齐慧丽,马东平,魏晓霞. 陇东学院学报. 2016(01)
[5]流动注射-Luminol/Tween 20化学发光体系测定邻苯二酚[J]. 谢建新,伍贤学. 贵州师范大学学报(自然科学版). 2013(03)
[6]间苯二酚与邻苯二酚对泥鳅的急性毒性效应[J]. 雷忻,陈超,王文强,延志莲,董腊梅. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2012(04)
[7]水体中酚类化合物测定方法的研究现状[J]. 高超,王启山,夏海燕. 天津化工. 2010(04)
[8]流动注射化学发光法测定水中的邻苯二酚[J]. 陈慧,王九春,周敏,马永钧,陈俊辉,李玉杰. 兰州理工大学学报. 2010(02)
[9]电化学DNA生物传感器的研究现状[J]. 刘俊芳,李彦青,郭满栋. 理化检验(化学分册). 2007(08)
[10]氢氧化钴修饰玻碳电极的制备及其电化学行为[J]. 刘有芹,刘六战,沈含熙. 分析测试学报. 2004(06)
硕士论文
[1]食品中过氧化氢的检测方法研究[D]. 孙佳.吉林农业大学 2014
本文编号：3586765
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3586765.html
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