基于石墨烯-贵金属纳米复合材料电化学传感器的构建及应用

发布时间：2020-11-20 09:32

　　石墨烯是目前已知最薄的二维晶体纳米材料,具有优异的导电性能、良好的电子迁移率和极大的比表面积等优点,已经成为一种非常理想的基体材料,被广泛用于制备各类功能性的纳米复合材料。贵金属纳米粒子因同时协同了贵金属和纳米材料的优点,展现出相当强的催化性和良好的导电性。将石墨烯与贵金属纳米粒子结合制备种类多样结构丰富的复合材料,并由此构建电化学传感器,能够极大地提高传感器的响应信号。基于上述优良特性,本论文制备了三种石墨烯基贵金属复合材料并以此构建电化学传感器,实现了对黄酮类药物(木犀草素)、两种抗菌剂(三氯生、三氯卡班)的灵敏检测,并成功应用于两种偶氮染色剂(日落黄和酒石黄)的同时检测。具体工作如下1.基于巯基-β-环糊精功能化的石墨烯/金纳米粒子复合材料灵敏检测木犀草素利用水热法一步合成了金纳米/巯基-β-环糊精功能化的石墨烯复合材料(AuNPs/SH-β-CD-Gr),将其修饰于玻碳电极表面构建了简单且灵敏的电化学传感器(AuNPs/SH-β-CD-Gr/GCE)检测木犀草素。与SH-β-CD-Gr/GCE和裸GCE相比,木犀草素在AuNPs/SH-β-CD-Gr/GCE上的峰电流大大增强。表明该纳米复合材料不仅结合了Gr和AuNPs的优良电性能,同时具有环糊精的超分子作用,增加了木犀草素在电极上的富集浓度。在实验优化条件下,AuNPs/SH-β-CD-Gr/GCE对木犀草素检测的线性浓度为1.0×10~(-11) mol/L至1.0×10~(-5) mol/L,检测限为3.3×10~(-12) mol/L(S/N=3),相比以往文献构建的木犀草素电化学检测方法线性更宽、更为灵敏。将此方法应用于人血清蛋白中木犀草素的检测获得较好的加标回收率,表明构建的电化学传感器准确度高,为具有类似结构的黄酮类药物的分析检测开辟新的可能性。2.基于聚(二烯丙基二甲基氯化铵)功能化的石墨烯/钯纳米复合材料电化学检测三氯生和三氯卡班为了改善石墨烯的分散性,本章利用聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)作为稳定剂,通过简单的一锅法成功合成了PDDA功能化的石墨烯/钯纳米粒子(PDDA-Gr/PdNPs)复合物。将PDDA-Gr/PdNPs修饰于玻碳电极表面构建了电化学传感器(PDDA-Gr/PdNPs/GCE)用于检测抗菌剂三氯生和三氯卡班。这两种抗菌剂在PDDA-Gr/PdNPs/GCE上的电化学响应信号均较PDDA-Gr/GCE和GCE大大增强,表明所合成的石墨烯-钯纳米复合材料具有良好的电子转移能力和催化活性。在最佳条件下,三氯生和三氯卡班的线性浓度范围分别为9.0×10~(-9) mol/L~2.0×10~(-5) mol/L和1.0×10~-88 mol/L~2.0×10~(-5) mol/L,检出限分别为3.5×10~(-9) mol/L(S/N=3)和3.0×10~-99 mol/L(S/N=3)。该方法重现性好,抗干扰能力强,稳定性高,有望将来用于实际水样中三氯生和三氯卡班等相似结构的环境污染物检测。3.石墨烯/金纳米复合材料的制备及对日落黄和酒石黄的同时快速检测本章通过水热法在简便、快速、温和的条件下合成了PDDA-Gr/AuNPs并将其修饰于GCE表面构建电化学传感平台,实现了对两种偶氮染色剂日落黄和酒石黄的同时检测。在最优条件下,日落黄和酒石黄的线性范围分别是6.0×10~(-9) mol/L~5.0×10~(-6) mol/L和8.0×10~(-9) mol/L~3.0×10~(-6) mol/L,检出限分别为2.0×10~(-9) mol/L(S/N=3)和2.5×10~(-9) mol/L(S/N=3)。该方法准确度高、重现性好,抗干扰能力强,并且成功应用于常见饮料中日落黄和酒石黄的同时检测,回收率在92.6%~108.0%之间,表明实验所创建的方法有望在类似结构的偶氮染料的分析检测中发挥重要作用。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X85;TP212
【部分图文】：

单层石墨烯及其派生物示意图

示意图,原子结构模型,自由状态,石墨

图 1.1 理想（A）和处于自由状态的悬空石墨烯（B）原子结构模型示意图[13]Fig. 1.1 Modeling of ideal and crumpled graphene[13]边形平面点阵结构（图 1.1 A），但实际情况下单层的石墨烯并非呈现完美平坦结