电纺纳米复合材料的制备及在电化学传感器中的应用

发布时间：2018-07-06 11:50

本文选题：葡萄糖 + 氮掺杂碳纳米管　；参考：《江西师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：葡萄糖作为动植物体内碳水化合物的一种主要组成部分,它的定量测定在临床化学、生物化学以及食品分析中都具有重要的意义。因此构筑高性能传感器实现葡萄糖快速、灵敏的检测已成为研究热点。由于纳米材料的小尺寸效应,大的比表面积等特性,其在传感器的构筑中显示了巨大的优越性。基于三维氮掺杂碳纳米管大的比表面积、优良的导电性和生物兼容性,在构筑传感器方面有着很大的优势。TiO_2纳米材料稳定性好、无毒、便宜、催化活性高并且具有较大的比表面积和较强的亲水性能,适用于电极材料的研制。氧化铜纳米材料具有优越的催化活性、稳定性、并且易于参与到电催化小分子反应中,激发了我们对非酶检测的兴趣。基于以上材料特点,本论文制备了全碳基三维氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维(NCNT@CNFs)、自支撑TiO_2中空纳米纤维(HNF-TiO_2)和CuO纳米颗粒负载的TiO_2中空纳米纤维(CuO/TiO_2)三种材料用于构建传感器,具体工作如下:1、结合静电纺丝和化学气相沉积法(CVD),制备了三维(3D)氮掺杂碳纳米管@碳纳米纤维复合材料(NCNT@CNFs)。利用SEM、TEM、XPS、Raman、UV-vis、EIS等技术对复合材料进行表征。将葡萄糖氧化酶(GOD)直接负载在复合材料上构建葡萄糖传感器,得到具有显著灵敏度(24.8 mAM-1 cm-2),低检出限(6μM,S/N=3),宽线性范围(0.1 mM-12.5 mM,R=0.9992)的葡萄糖生物传感器。此外,制备的传感器显示出良好的稳定性和重现性,强的抗干扰能力,以及对实际样品的强适用性。NCNT@CNFs复合材料因其具有丰富的缺陷位点和3D网络结构,可以高效地固载酶,并保持其生物活性,促进电子转移,实现其优异的电催化性能。2、将NCNT@CNFs固载血晶素用于构建H_2O_2生物传感器。该新型仿生H_2O_2生物传感器具有快速的电流响应,低的检出限(0.03μM,S/N=3)和宽的线性范围(0.08-137.2μM,R=0.998)。此外,该传感器显示出高的重现性,良好稳定性和优良的抗干扰能力。NCNT@CNFs大的比表面积以及生物相容性微环境极大地增加了血晶素的表面覆盖率,其网络结构保证扩散的氧化还原物种高效的质量传递。3、以电纺纳米纤维膜为模板,结合溶胶-凝胶和低温煅烧法,成功制备了自支撑TiO_2中空纳米纤维(HNF-TiO_2),对其进行了SEM、TEM、XRD、FT-IR、UV-vis、XPS、EIS等表征,并探索了其对葡萄糖氧化酶(GOD)的固定以及生物传感性能。制备的葡萄糖生物传感器在无O_2和含O_2的条件下均显示出良好的分析性能,具有良好的灵敏度、优异的选择性、长期稳定性。HNF-TiO_2这种多孔、多层次纳米结构为GOD的负载提供了一个良好微环境,TiO_2纳米晶体能促进GOD的直接电子转移,GOD和HNF-TiO_2之间的强相互作用大大增强了生物传感器的稳定性。4、结合模板和溶胶-凝胶法制备了CuO纳米颗粒负载的TiO_2中空纳米纤维膜(CuO/TiO_2)。复合材料中CuO纳米颗粒的负载及TiO_2中空纳米纤维的制备是同步进行,一步制备的。利用SEM、TEM、XRD、XPS、UV-vis、EIS等技术对复合材料进行表征。CuO/TiO_2在碱性介质中对葡萄糖显示出高的电催化活性。制备的传感器具有宽的线性范围(0.02-19.26 mM,R=0.996)、高灵敏度、良好的重现性和优异的选择性。其优异的传感性能归因于CuO/TiO_2较大的比表面积、窄的孔径分布及CuO纳米颗粒的良好分散性。
[Abstract]:A glucose biosensor with high sensitivity ( 24.8mAM - 1 cm - 2 ) , low detection limit ( 6渭M , S / N = 3 ) and wide linear range ( 0.1 mM - 12.5 mM , R = 0.9992 ) has been prepared .
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ340.64;TB33;TP212.2

【参考文献】