还原态氧化石墨烯—贵金属复合物的温和制备及电分析应用

发布时间：2017-08-24 08:08

  本文关键词：还原态氧化石墨烯—贵金属复合物的温和制备及电分析应用

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【摘要】：石墨烯是一种具有蜂窝状晶体结构的二维碳纳米材料,具有高比表面积、电子迁移率和导电率等优异性质。贵金属纳米粒子具有良好的生物相容性、导电性、催化活性及光学性质等特性。石墨烯-贵金属纳米复合物能够结合石墨烯和贵金属纳米材料独特的物理化学性质,使其在能源、生物传感和电化学分析等领域具有广泛的应用价值。本学位论文在简要综述石墨烯及石墨烯-贵金属复合物的近期进展基础上,研究了室温条件下、电极表面上几种还原态氧化石墨烯-贵金属复合物的便捷制备与电分析应用。具体研究工作如下:1.室温条件下,通过在金电极上简便、快速、温和的化学还原法,制备了还原态氧化石墨烯-金纳米粒子(rGO-AuNPs)复合物,并依次滴干葡萄糖氧化酶(GOx)、壳聚糖(chitosan)溶液于复合物修饰电极上,构建了chitosan/GOx/rGO-AuNPs/Au酶电极。研究了该酶电极在第一代、第二代生物传感模式下的传感性能及GOx的直接电化学。在第一代生物传感模式(i-t法)下,酶电极对葡萄糖的检测下限达到0.2μM(S/N=3),线性检测范围(LDR)为10μM~4.15 mM,灵敏度为99.9μA mM-1 cm-2,重现性、存储稳定性和选择性好,检测实际样品获满意结果。在第二代生物传感模式(循环伏安法)下,以4 mM二茂铁甲酸(FcMA)为媒介体时,葡萄糖的LDR上限扩展到18 mM,灵敏度为64.6μA mM-1 cm-2(R2=0.991);以4 mM对苯醌(BQ)为媒介体时,葡萄糖的LDR上限扩展到22 mM,灵敏度为80.3μA mM-1 cm-2(R2=0.996)。这样简易温和制备的rGO-AuNPs复合物所构建的酶电极既能实现对葡萄糖的灵敏检测,同时又能实现GOx的直接电化学。在N2饱和的中性磷酸缓冲液(PBS)中,获得了一对相当可逆的GOx直接电化学氧化还原峰,其ks为2.63 s-1。2.室温条件下,通过在金电极上简便、快速、温和的化学还原法,制备了还原态氧化石墨烯-铂纳米复合物修饰电极(rGO-PtNPs/Au)。采用循环伏安法和计时电流法,研究了该修饰电极在碱性条件下对乙醇的电催化氧化和电分析检测性能。结果表明,在1 M NaOH中,复合物修饰电极对乙醇的检测下限达到0.93μM(S/N=3),LDR为20μM~18.1 mM,灵敏度为132μA mM-1 cm-2(R2=0.994),说明此复合物对乙醇具有很好的电催化氧化和电分析检测性能。3.以氧化石墨烯、氯钯酸混合液为前驱体,NaBH4为还原剂,采用化学共还原的方法,温和、快速、简易的直接在金电极表面制备了rGO-PdNPs复合物。采用红外光谱、拉曼光谱和电化学方法等对复合物进行了表征,结果表明氧化石墨烯能被很好地还原,Pd纳米粒子均匀的分散在石墨烯上。采用循环伏安法和计时电流法研究了rGO-PdNPs复合物在酸性条件下对甲酸的电催化氧化性能。结果表明rGO-PdNPs复合物对甲酸具有很好的催化活性和稳定性,是一种理想的直接甲酸燃料电池催化剂。
【关键词】：还原态氧化石墨烯-贵金属复合物 石墨烯 贵金属 电分析 金 铂 钯
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O657.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 石墨烯与氧化石墨烯简介11-13
• 1.1.1 石墨烯11-12
• 1.1.2 氧化石墨烯12-13
• 1.2 石墨烯的制备方法13-15
• 1.2.1 机械剥离法14
• 1.2.2 外延生长法14
• 1.2.3 化学气相沉积法14-15
• 1.2.4 电化学还原法15
• 1.2.5 氧化还原法15
• 1.3 石墨烯-贵金属复合物15-19
• 1.3.1 石墨烯-贵金属复合物的制备方法16-18
• 1.3.2 石墨烯-贵金属复合物的应用18-19
• 1.4 本文构思19-21
• 第二章 还原态氧化石墨烯-金纳米复合物的温和制备与葡萄糖氧化酶安培传感应用21-35
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验22-24
• 2.2.1 仪器与试剂22-23
• 2.2.2 实验步骤23-24
• 2.3 结果与讨论24-34
• 2.3.1 rGO-AuNPs复合物及酶电极的制备与表征24-28
• 2.3.2 第一代生物传感性能28-32
• 2.3.3 第二代生物传感性能32
• 2.3.4 酶电极的直接电化学32-34
• 2.4 小结34-35
• 第三章 还原态氧化石墨烯-铂纳米复合物的温和制备及其对乙醇催化电分析的性能35-43
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 仪器与试剂36
• 3.2.2 实验步骤36-37
• 3.3 结果与讨论37-42
• 3.3.1 复合物的表征37-39
• 3.3.2 不同修饰电极在碱性溶液中对乙醇的电催化氧化性能39
• 3.3.3 CH_3CH_2OH的计时安培响应39-42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 还原态氧化石墨烯-Pd纳米复合物的温和制备及其电催化氧化甲酸43-50
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-45
• 4.2.1 仪器与试剂44
• 4.2.2 修饰电极的制备44-45
• 4.3 结果与讨论45-49
• 4.3.1 rGO-PdNPs复合物的表征45-48
• 4.3.2 不同修饰电极在酸性溶液中对甲酸的电催化氧化性能48-49
• 4.4 小结49-50
• 总结与展望50-51
• 参考文献51-61
• 附录61-62
• 致谢62-63

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本文编号：730143