电化学还原石墨烯与纳米银在电化学传感器中的应用

发布时间：2017-09-29 09:11

  本文关键词：电化学还原石墨烯与纳米银在电化学传感器中的应用

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【摘要】：石墨烯和纳米银具有大的比表面积、高导电性和强电催化活性等优点,近年来吸引了各领域的广泛关注和深入研究。电化学传感器具有快速、准确、易操作、低花费、高灵敏度、低检测限和高选择性等优点,其已经被广泛用于医药、环境监测、食品分析等领域。本论文以石墨烯和纳米银为主要材料构建了三种不同的电化学传感器,成功实现了对生物小分子抗坏血酸、尿酸、多巴胺、过氧化氢的电化学分析检测。论文主要工作内容如下:1.基于电化学还原石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极同时检测多巴胺、抗坏血酸、尿酸通过自组装技术和电化学还原法成功构建了电化学还原石墨烯(ERGO)修饰玻碳电极(GCE)。首先将带正电的聚乙烯亚胺(PEI)自组装到电极上,然后利用带正电荷的聚乙烯亚胺与带负电荷的氧化石墨烯(GO)之间的静电引力作用,将氧化石墨烯修饰到电极表面上,最后再通过电化学还原法将GO还原成ERGO。采用扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)和循环伏安法(CV)对电化学还原石墨烯进行表征。基于石墨烯高的电化学活性和大的比表面积,电化学还原石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极(ERGO/PEI/GCE)对多巴胺、尿酸和抗坏血酸具有较强的电催化作用,可应用于同时检测多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)。实验结果表明,多巴胺、抗坏血酸和尿酸的检测范围分别为0.5-100μmol/L、2-100μmol/L和20-1400μmol/L,检出限分别为0.5μmol/L、1μmol/L和6μmol/L。此外,该传感器对多巴胺、抗坏血酸和尿酸的检测具有良好的重复性、稳定性和高选择性,并应用于实际样品检测中。2、基于电化学还原石墨烯和一步合成的纳米银@聚多巴胺和的非酶过氧化氢电化学传感器基于电化学还原石墨烯(ERGO)和纳米银@聚多巴胺(Ag NPs@PDA)构建了过氧化氢(H2O2)非酶电化学传感器。本实验中,纳米银的合成方法十分简单,仅仅通过将银离子和多巴胺加入弱碱性溶液中搅拌几分钟,反应就能完成。这是因为银离子能够促进多巴胺自聚合,而自聚合的多巴胺又能够将银离子还原成纳米银。而ERGO膜是通过氧化石墨烯(GO)自组装-电化学还原法制备得到。纳米银@聚多巴胺进行了扫描电子显微镜(SEM)、电化学交流阻抗(EIS)和紫外-可见吸收光谱分析(UV-vis)表征。由于石墨烯和纳米银高的电催化活性和大的比表面积,纳米银@聚多巴胺/电化学还原石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极(Ag NPs@PDA/ERGO/PEI/GCE)对过氧化氢有较好的的电催化效应。过氧化氢的检测的线性范围为0.1-16.4 mmol/L,检测限为15.4μmol/L。同时,该传感器具有好的稳定性,高重复性和选择性。此外,传感器能用于实际样品中的过氧化氢检测。3、基于电化学还原石墨烯上直接电沉积纳米银的非酶过氧化氢电化学传感器采用电沉积法将纳米银(Ag NPs)直接沉积到电化学还原石墨烯(ERGO)上,成功构建了另一种过氧化氢(H2O2)非酶电化学传感器。电化学还原石墨烯同样是通过氧化石墨烯(GO)自组装-电化学还原法制备得到。采用电化学交流阻抗法(EIS)对该传感器的制备过程进行了表征。基于电化学还原石墨烯和纳米银高的电催化活性,纳米银/电化学还原石墨烯/3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰玻碳电极(Ag NPs/ERGO/APTES/GCE)对过氧化氢的还原具有良好的的电催化效应。实验结果表明,过氧化氢检测的线性范围有三段,分别为0.01-0.55 mmol/L,0.55-6.55mmol/L和6.55-91.55 mmol/L,检测限为5μmol/L。同时,该传感器对过氧化氢的检测具有高稳定性,良好重复性和选择性。
【关键词】：电化学还原石墨烯 纳米银 电化学传感器 自组装
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 石墨烯10-16
• 1.1.1 石墨烯概述10-11
• 1.1.2 石墨烯性质11-13
• 1.1.3 石墨烯的功能化13-15
• 1.1.4 石墨烯的应用15-16
• 1.2 纳米银16-19
• 1.2.1 纳米银概述16
• 1.2.2 纳米银颗粒的制备方法16-18
• 1.2.3 纳米银的应用18-19
• 1.3 电化学传感器19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 1.5 参考文献20-28
• 第二章 基于电化学还原石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极同时检测多巴胺、抗坏血酸、尿酸28-48
• 2.1 引言28-30
• 2.2 实验部分30-31
• 2.2.1 实验试剂30
• 2.2.2 实验材料30
• 2.2.3 石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极的制备30-31
• 2.2.4 电化学测试方法31
• 2.3 结果与讨论31-42
• 2.3.1 电化学还原氧化石墨烯31-32
• 2.3.2 石墨烯形貌表征32
• 2.3.3 修饰电极的电化学表征32-33
• 2.3.4 分别单独考察多巴胺（DA）、抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）在修饰电极上的电化学行为33-34
• 2.3.5 多巴胺、抗坏血酸、和尿酸在电极上的同时电化学响应34-35
• 2.3.6 实验条件优化35-38
• 2.3.7 扫描速度的影响38-39
• 2.3.8 同时检测多巴胺、抗坏血酸和尿酸39-41
• 2.3.9 选择性、重复性、稳定性分析41
• 2.3.10 实际样品分析检测41-42
• 2.4 结论42
• 2.5 参考文献42-48
• 第三章 基于电化学还原石墨烯和一步合成的纳米银@聚多巴胺的非酶过氧化氢电化学传感器48-64
• 3.1 引言48-50
• 3.2 实验部分50-51
• 3.2.1 实验试剂50
• 3.2.2 实验材料50-51
• 3.2.3 合成纳米银@聚多巴胺51
• 3.2.4 纳米银@聚多巴胺/电化学还原石墨烯/聚乙烯亚胺修饰玻碳电极（AgNPs@PDA/ERGO/PEI/GCE）的制备51
• 3.2.5 电化学测试方法51
• 3.3 结果与讨论51-60
• 3.3.1 材料的表征51-52
• 3.3.2 修饰电极的电化学表征52-53
• 3.3.3 AgNPs@PDA/ERGO/PEI/GCE的电化学性能53-55
• 3.3.4 实验条件优化55-57
• 3.3.5 扫描速度的影响57
• 3.3.6 过氧化氢的电化学分析检测57-59
• 3.3.7 选择性、重复性和稳定性59
• 3.3.8 实际样品分析检测59-60
• 3.4 结论60
• 3.5 参考文献60-64
• 第四章 基于电化学还原石墨烯上直接电沉积纳米银的非酶过氧化氢电化学传感器64-80
• 4.1 引言64-65
• 4.2 实验部分65-67
• 4.2.1 实验试剂65-66
• 4.2.2 实验材料66
• 4.2.3 纳米银/电化学还原石墨烯/3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰玻碳电极（AgNPs/ERGO/APTES/GCE）的制备66
• 4.2.4 电化学测试方法66-67
• 4.3 结果与讨论67-76
• 4.3.1 电化学还原氧化石墨烯图谱分析67
• 4.3.2 AgNPs/ERGO/APTES/GCE的电化学行为67-68
• 4.3.3 修饰电极的电化学表征68-69
• 4.3.4 过氧化氢在各修饰电极上的电化学行为69-70
• 4.3.5 实验条件优化70-72
• 4.3.6 扫描速度的影响72-73
• 4.3.7 AgNPs/ERGO/APTES/GCE对H2O2的分析检测73-76
• 4.3.8 选择性和稳定性76
• 4.4 结论76
• 4.5 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者部分相关论文题录82

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