基于ZIF-8和MXene纳米空腔材料电化学传感器的构建及应用研究
发布时间：2020-12-30 16:22
电化学传感器的优点有灵敏度高、分析速度快、操作简便、易微型化、成本较低、可连续在线检测等,这使得它逐渐在各领域得到广泛利用。酶生物传感器是电化学传感器的一个重要组成部分,其对目标底物有极高的选择性,而金属有机骨架（MOFs）是将含金属离子的次级结构单元与有机配体连接起来,其中金属离子作为骨架的结点,通过强配位键与配体生成具有永久孔隙的晶体框架。MOFs具有高的比表面积,并且可以通过控制有机配体的种类或大小来调整MOFs的孔径,而且MOFs材料末端连接很多含氧或含氮官能团,使得它很容易与其他材料进行修饰,当MOFs材料与其他纳米导电材料复合时可以很好地改善其导电性差的缺点,提高电化学检测的灵敏度,因此MOF复合材料材料是酶生物传感器的优良载体。本文基于ZIF-8及其复合材料作为电极修饰材料,构建了电化学性质优异且稳定的电化学酶传感器,并用于所选酶的底物的检测。主要内容包括:（1）首先在ZIF-8晶体生长过程中掺入PVP分散的碳纳米管（CNT）合成出ZIF-8/CNT纳米空腔复合材料,接下来运用一锅法将葡萄糖氧化酶（GOD）和葡萄糖脱氢酶（GDH）分别封装进ZIF-8/CNT空腔内部,以此...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学传感器工作原理
河北大学硕士学位论文4图1-2(a)零维纳米材料;(b)一维纳米材料;(c)二维纳米材料;(d)三维纳米材料结构示意图零维纳米材料：指三维尺寸均在1~100nm范围的材料，纳米粒子(Nanoparticles)和量子点(Quantumdop)是电化学传感器中常用到的零维纳米材料。像贵金属纳米粒子[12]由于其尺寸效应，可以提高氧化还原物质与电极表面之间的电子传导速率，加速催化。其中，金纳米粒子(AuNPs)是零维纳米材料中较早开发并应用在电化学传感领域的。1973年，Frens[13]用氯金酸为原料，通过控制柠檬酸钠的用量以及反应时间，得到不同粒径的AuNPs，这为本文中制备AuNPs复合材料提供了思路。一维纳米材料：指在三维空间中有两个维度的尺寸在1~100nm范围的材料，纳米线，纳米棒，纳米管均为常见的一维纳米材料。其中，碳纳米管(CNT)是公认的电化学性能最佳的也是较容易得到的一维纳米材料[14]。本文就基于碳纳米管为模版构建了一系列复合材料。二维纳米材料：指在空间维度中有一个维度的尺寸在纳米级别的材料，其中最为典型的二维纳米材料要属石墨烯(graphene)。目前，石墨烯的剥离大部分采用机械剥离或者溶剂剥离，而Guo[15]课题组利用电化学还原的方法，在-1.5V下还原得到高质量的还原型石墨烯，该方法环保快速，但每次制得材料量相对较少。另外，一种新型二维纳米材料MXene成为近年来电化学储能等领域的热门材料，接下来本文会对MXene进行更进一步探讨。三维纳米材料：是指由一种或几种低维度的纳米结构单元构成的复合材料，其结构
河北大学硕士学位论文6图1-3IRMOF-n的结构示意图(2)ZIFs系列ZIFs即为沸石咪唑酯骨架材料的简称，同样是Yaghi[23]近年来新合成出来的另一系列MOF。它是用Zn(Ⅱ)(ZIF-1~-4，-6~-8，-10，-11)或Co(Ⅱ)(ZIF-9，-12)与咪唑酯类有机配体反应，合成出具有沸石结构的金属有机骨架。ZIFs结构稳定，在N2氛围下热稳定性可高达550℃，并且ZIF-8可以水相合成[24]，这对于电化学应用更加有利。(3)MILs系列该系列MOFs主要是Ferey[25,26]课题组合成出的，他们用三价金属(钒、铝、铁、铬等)与对苯二甲酸等含羧酸的配体进行合成，得到具有一维孔道结构的MOFs材料，其中以MIL-53和MIL-101最为典型，他们表现出较大的孔径(10.5)和比表面积(1590m2·g-1)，在水分子吸附和气体吸附上有很重要的应用。(4)PCNs系列该MOFs是美国迈阿密大学的Zhou[27]教授课题组开发出的用于CH4吸附的纳米级笼状MOF，经测试CH4吸附量超过美国能源局标准28%。1.3.3MOFs材料与其他纳米材料复合近十几年来，MOFs材料由于具有高度孔隙度的孔状结构以及可以人为调节的孔径度，这些优势使得它在电化学传感领域飞速发展，MOFs相对其它电极修饰材料有更大的比表面积，可以与小分子物质有更多的接触，增强信号响应，但MOFs材料的导电性是困扰它在电化学发展的一个重要因素，而与其他导电材料复合，增强其导电性能将是MOFs材料未来的一个趋势。(1)MOFs材料与零维纳米材料复合
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学生物传感器的应用[J]. 孔德星. 广东化工. 2015(01)
[2]基于纳米材料电化学生物传感器的研究进展[J]. 王宗花,郭新美,夏建飞,张菲菲,夏延致,李延辉. 分析测试学报. 2011(11)
[3]纳米材料技术的发展趋势和应用机遇[J]. 张立德. 世界科技研究与发展. 2002(06)
[4]生物传感器在医学中新的应用[J]. 曾辉. 现代临床医学生物工程学杂志. 2002(01)
[5]纳米材料的性质及其制备方法[J]. 钱军民,李旭祥,黄海燕. 化工新型材料. 2001(07)
本文编号：2947939
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学传感器工作原理
河北大学硕士学位论文4图1-2(a)零维纳米材料;(b)一维纳米材料;(c)二维纳米材料;(d)三维纳米材料结构示意图零维纳米材料：指三维尺寸均在1~100nm范围的材料，纳米粒子(Nanoparticles)和量子点(Quantumdop)是电化学传感器中常用到的零维纳米材料。像贵金属纳米粒子[12]由于其尺寸效应，可以提高氧化还原物质与电极表面之间的电子传导速率，加速催化。其中，金纳米粒子(AuNPs)是零维纳米材料中较早开发并应用在电化学传感领域的。1973年，Frens[13]用氯金酸为原料，通过控制柠檬酸钠的用量以及反应时间，得到不同粒径的AuNPs，这为本文中制备AuNPs复合材料提供了思路。一维纳米材料：指在三维空间中有两个维度的尺寸在1~100nm范围的材料，纳米线，纳米棒，纳米管均为常见的一维纳米材料。其中，碳纳米管(CNT)是公认的电化学性能最佳的也是较容易得到的一维纳米材料[14]。本文就基于碳纳米管为模版构建了一系列复合材料。二维纳米材料：指在空间维度中有一个维度的尺寸在纳米级别的材料，其中最为典型的二维纳米材料要属石墨烯(graphene)。目前，石墨烯的剥离大部分采用机械剥离或者溶剂剥离，而Guo[15]课题组利用电化学还原的方法，在-1.5V下还原得到高质量的还原型石墨烯，该方法环保快速，但每次制得材料量相对较少。另外，一种新型二维纳米材料MXene成为近年来电化学储能等领域的热门材料，接下来本文会对MXene进行更进一步探讨。三维纳米材料：是指由一种或几种低维度的纳米结构单元构成的复合材料，其结构
河北大学硕士学位论文6图1-3IRMOF-n的结构示意图(2)ZIFs系列ZIFs即为沸石咪唑酯骨架材料的简称，同样是Yaghi[23]近年来新合成出来的另一系列MOF。它是用Zn(Ⅱ)(ZIF-1~-4，-6~-8，-10，-11)或Co(Ⅱ)(ZIF-9，-12)与咪唑酯类有机配体反应，合成出具有沸石结构的金属有机骨架。ZIFs结构稳定，在N2氛围下热稳定性可高达550℃，并且ZIF-8可以水相合成[24]，这对于电化学应用更加有利。(3)MILs系列该系列MOFs主要是Ferey[25,26]课题组合成出的，他们用三价金属(钒、铝、铁、铬等)与对苯二甲酸等含羧酸的配体进行合成，得到具有一维孔道结构的MOFs材料，其中以MIL-53和MIL-101最为典型，他们表现出较大的孔径(10.5)和比表面积(1590m2·g-1)，在水分子吸附和气体吸附上有很重要的应用。(4)PCNs系列该MOFs是美国迈阿密大学的Zhou[27]教授课题组开发出的用于CH4吸附的纳米级笼状MOF，经测试CH4吸附量超过美国能源局标准28%。1.3.3MOFs材料与其他纳米材料复合近十几年来，MOFs材料由于具有高度孔隙度的孔状结构以及可以人为调节的孔径度，这些优势使得它在电化学传感领域飞速发展，MOFs相对其它电极修饰材料有更大的比表面积，可以与小分子物质有更多的接触，增强信号响应，但MOFs材料的导电性是困扰它在电化学发展的一个重要因素，而与其他导电材料复合，增强其导电性能将是MOFs材料未来的一个趋势。(1)MOFs材料与零维纳米材料复合
【参考文献】：
期刊论文
[1]电化学生物传感器的应用[J]. 孔德星. 广东化工. 2015(01)
[2]基于纳米材料电化学生物传感器的研究进展[J]. 王宗花,郭新美,夏建飞,张菲菲,夏延致,李延辉. 分析测试学报. 2011(11)
[3]纳米材料技术的发展趋势和应用机遇[J]. 张立德. 世界科技研究与发展. 2002(06)
[4]生物传感器在医学中新的应用[J]. 曾辉. 现代临床医学生物工程学杂志. 2002(01)
[5]纳米材料的性质及其制备方法[J]. 钱军民,李旭祥,黄海燕. 化工新型材料. 2001(07)
本文编号：2947939
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