表面功能化硼掺杂金刚石电化学电极制备及痕量污染物检测
发布时间：2021-05-19 03:18
金刚石是一种具有独特电学性质、物理性质、化学性质和机械特性的宽禁带半导体。它作为一种性能优异的材料,在实际领域中具有广泛的应用。将金刚石与纳米材料、生物材料等结合,可充分拓展金刚石实际应用的领域,使其在应用时某些方面的性能更加优异,从而获得更广泛的的应用前景与实用价值。本论文研究使用不同方法实现金刚石表面微纳结构的制备,一方面通过氢等离子体对金刚石进行加热处理,制备纳米锥金刚石,并对其形成机制进行了研究。通过微纳结构增加金刚石的表面积且氢等离子体处理后表面具有疏水性,将纳米锥金刚石电极用于壬基酚（4-NP）的浓度检测。另一方面,利用二次离子溅射和高温快速退火相结合的方法,实现金纳米颗粒均匀修饰的金刚石膜,在此基础上修饰生物因子成功制备生物传感器,在特异性检测持久性有机污染物多氯联苯-77（PCB-77）方面表现十分灵敏。主要成果如下:（1）使用不同的方法成功制备金刚石表面纳米结构。利用氢等离子体处理硼掺杂金刚石（BDD）的方法制备出纳米锥BDD,金刚石纳米锥的成因机制为由氢等离子体处理而蒸发的碳源在BDD表面二次成核形成纳米锥形颗粒,纳米锥BDD表面有大量的凹坑和纳米尺度的凸起。氢等离...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金刚石的结构、分类、性质及应用
1.2.1 金刚石的晶体结构
1.2.2 金刚石的分类
1.2.3 金刚石的性质及应用
1.3 化学气相沉积(CVD)硼掺杂金刚石膜电极
1.3.1 硼掺杂浓度对金刚石电极的影响
1.3.2 非金刚石相对金刚石电极的影响
1.3.3 表面终端对金刚石电极的影响
1.3.4 表面形貌对金刚石电极的影响
1.3.5 金刚石表面修饰纳米金属粒子
1.4 金刚石表面浸润性
1.5 有机污染物
1.5.1 环境激素
1.5.2 持久性有机污染物
1.5.3 环境激素—壬基酚
1.5.4 多氯联苯(PCBs)
1.5.5 现有检测有机污染物的方法
1.5.6 金刚石电极检测有机污染物的优势
1.6 本文的选题背景和研究内容
参考文献
第二章 实验设备与测试仪器
2.1 微波等离子体化学气相沉积设备
2.2 离子溅射仪
2.3 高温管式电阻炉
2.4 样品测试设备
2.4.1 激光拉曼光谱仪(Raman spectrometer)
2.4.2 X射线衍射仪(XRD)
2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)
2.4.4 X-射线光电子能谱仪(XPS)
2.4.5 接触角测试仪
2.4.6 电化学工作站
2.4.7 紫外—可见分光光度计(UV)
2.4.8 光发射谱(OES)
参考文献
第三章 微纳结构金刚石电极的制备
3.1 引言
3.2 硼掺杂纳米锥金刚石电极制备与表征
3.2.1 纳米锥金刚石电极的制备
3.2.2 样品表征
3.2.3 实验结果分析
3.3 金纳米颗粒金刚石电极
3.3.1 金纳米颗粒金刚石电极的制备
3.3.2 样品表征
3.3.3 实验结果分析
3.4 结论
参考文献
第四章 基于纳米锥金刚石电极的壬基酚检测
4.1 引言
4.2 电化学测试及理论分析
4.3 纳米锥金刚石的电化学测试结果
4.3.1 BDD与纳米锥BDD的性能比较
4.3.2 4-NP的氧化机理
4.3.3 检测灵敏的优化
4.3.4 纳米锥BDD检测4-NP
4.3.5 纳米锥BDD检测4-NP的选择性
4.3.6 纳米锥BDD检测4-NP的稳定性和可重复使用性
4.3.7 纳米锥BDD检测4-NP的实例应用
4.4 结论
参考文献
第五章基于金刚石电极的生物传感器用于检测多氯联苯-77
5.1 引言
5.2 制备巯基己醇/适配体/纳米金颗粒/BDD
5.2.1 制备BDD电极
5.2.2 制备Au-NPs/BDD电极
5.2.3 制备MCH/Aptamers/AuNPS/BDD(MAA/BDD)
5.3 检测PCB-77实验过程
5.3.1 实验材料
5.3.2 PCB-77的电化学实验条件
5.3.3 紫外(UV)光谱测试
5.3.4 PCB-77的实例检测
5.4 实验结果及分析
5.4.1 Au-NPs/BDD电极
5.4.2 各电极的电化学测试
5.4.3 适配体与PCB-77的结合力
5.4.4 MAA/BDD检测PCB-77达亚飞摩检测限
5.4.5 MAA/BDD适配传感器灵敏的原因分析
5.4.6 MAA/BDD适配传感器特异性、重现性和可重复使用性
5.4.7 MAA/BDD适配传感器的实例应用
5.5 结论
参考文献
第六章 结论与展望
攻读博士期间发表的学术论文
作者简历
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同过渡层对钢基金刚石薄膜的影响[J]. 王玲,余志明,魏秋平,田孟昆,王志辉. 中国表面工程. 2011(01)
[2]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[3]拉曼光谱的发展及应用[J]. 田国辉,陈亚杰,冯清茂. 化学工程师. 2008(01)
[4]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
[5]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[6]拉曼光谱技术的应用及研究进展[J]. 伍林,欧阳兆辉,曹淑超,易德莲,孙少学,刘峡. 光散射学报. 2005(02)
[7]采用交流阻抗法对质子交换膜燃料电池（PEMFC）电化学行为的研究[J]. 郭建伟,毛宗强,徐景明. 高等学校化学学报. 2003(08)
[8]环境荷尔蒙的研究现状及趋势[J]. 姜安玺,李文兰,李丽. 世界环境. 2002(03)
[9]真空镀膜技术的现状及发展[J]. 王银川. 现代仪器. 2000(06)
[10]常规扫描电子显微镜的特点和发展[J]. 干蜀毅. 分析仪器. 2000(01)
博士论文
[1]微纳米结构金刚石膜的制备及其浸润性和电化学传感器应用研究[D]. 马一博.吉林大学 2017
[2]金纳米颗粒/金刚石复合结构的制备与光学性质研究[D]. 宋婕.吉林大学 2015
[3]CVD金刚石单晶生长及金刚石晶体管的研究[D]. 成绍恒.吉林大学 2012
硕士论文
[1]硼和氮掺杂CVD金刚石膜的生长及特性研究[D]. 卢冬.吉林大学 2010
[2]二茂铁桥联聚倍半硅氧烷修饰电极的制备及应用[D]. 陈婧.山西大学 2010
本文编号：3195008
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 金刚石的结构、分类、性质及应用
1.2.1 金刚石的晶体结构
1.2.2 金刚石的分类
1.2.3 金刚石的性质及应用
1.3 化学气相沉积(CVD)硼掺杂金刚石膜电极
1.3.1 硼掺杂浓度对金刚石电极的影响
1.3.2 非金刚石相对金刚石电极的影响
1.3.3 表面终端对金刚石电极的影响
1.3.4 表面形貌对金刚石电极的影响
1.3.5 金刚石表面修饰纳米金属粒子
1.4 金刚石表面浸润性
1.5 有机污染物
1.5.1 环境激素
1.5.2 持久性有机污染物
1.5.3 环境激素—壬基酚
1.5.4 多氯联苯(PCBs)
1.5.5 现有检测有机污染物的方法
1.5.6 金刚石电极检测有机污染物的优势
1.6 本文的选题背景和研究内容
参考文献
第二章 实验设备与测试仪器
2.1 微波等离子体化学气相沉积设备
2.2 离子溅射仪
2.3 高温管式电阻炉
2.4 样品测试设备
2.4.1 激光拉曼光谱仪(Raman spectrometer)
2.4.2 X射线衍射仪(XRD)
2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)
2.4.4 X-射线光电子能谱仪(XPS)
2.4.5 接触角测试仪
2.4.6 电化学工作站
2.4.7 紫外—可见分光光度计(UV)
2.4.8 光发射谱(OES)
参考文献
第三章 微纳结构金刚石电极的制备
3.1 引言
3.2 硼掺杂纳米锥金刚石电极制备与表征
3.2.1 纳米锥金刚石电极的制备
3.2.2 样品表征
3.2.3 实验结果分析
3.3 金纳米颗粒金刚石电极
3.3.1 金纳米颗粒金刚石电极的制备
3.3.2 样品表征
3.3.3 实验结果分析
3.4 结论
参考文献
第四章 基于纳米锥金刚石电极的壬基酚检测
4.1 引言
4.2 电化学测试及理论分析
4.3 纳米锥金刚石的电化学测试结果
4.3.1 BDD与纳米锥BDD的性能比较
4.3.2 4-NP的氧化机理
4.3.3 检测灵敏的优化
4.3.4 纳米锥BDD检测4-NP
4.3.5 纳米锥BDD检测4-NP的选择性
4.3.6 纳米锥BDD检测4-NP的稳定性和可重复使用性
4.3.7 纳米锥BDD检测4-NP的实例应用
4.4 结论
参考文献
第五章基于金刚石电极的生物传感器用于检测多氯联苯-77
5.1 引言
5.2 制备巯基己醇/适配体/纳米金颗粒/BDD
5.2.1 制备BDD电极
5.2.2 制备Au-NPs/BDD电极
5.2.3 制备MCH/Aptamers/AuNPS/BDD(MAA/BDD)
5.3 检测PCB-77实验过程
5.3.1 实验材料
5.3.2 PCB-77的电化学实验条件
5.3.3 紫外(UV)光谱测试
5.3.4 PCB-77的实例检测
5.4 实验结果及分析
5.4.1 Au-NPs/BDD电极
5.4.2 各电极的电化学测试
5.4.3 适配体与PCB-77的结合力
5.4.4 MAA/BDD检测PCB-77达亚飞摩检测限
5.4.5 MAA/BDD适配传感器灵敏的原因分析
5.4.6 MAA/BDD适配传感器特异性、重现性和可重复使用性
5.4.7 MAA/BDD适配传感器的实例应用
5.5 结论
参考文献
第六章 结论与展望
攻读博士期间发表的学术论文
作者简历
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同过渡层对钢基金刚石薄膜的影响[J]. 王玲,余志明,魏秋平,田孟昆,王志辉. 中国表面工程. 2011(01)
[2]X射线衍射技术在材料分析中的应用[J]. 田志宏,张秀华,田志广. 工程与试验. 2009(03)
[3]拉曼光谱的发展及应用[J]. 田国辉,陈亚杰,冯清茂. 化学工程师. 2008(01)
[4]扫描电子显微镜及其在材料科学中的应用[J]. 朱琳. 吉林化工学院学报. 2007(02)
[5]X射线衍射技术的发展和应用[J]. 杨新萍. 山西师范大学学报(自然科学版). 2007(01)
[6]拉曼光谱技术的应用及研究进展[J]. 伍林,欧阳兆辉,曹淑超,易德莲,孙少学,刘峡. 光散射学报. 2005(02)
[7]采用交流阻抗法对质子交换膜燃料电池（PEMFC）电化学行为的研究[J]. 郭建伟,毛宗强,徐景明. 高等学校化学学报. 2003(08)
[8]环境荷尔蒙的研究现状及趋势[J]. 姜安玺,李文兰,李丽. 世界环境. 2002(03)
[9]真空镀膜技术的现状及发展[J]. 王银川. 现代仪器. 2000(06)
[10]常规扫描电子显微镜的特点和发展[J]. 干蜀毅. 分析仪器. 2000(01)
博士论文
[1]微纳米结构金刚石膜的制备及其浸润性和电化学传感器应用研究[D]. 马一博.吉林大学 2017
[2]金纳米颗粒/金刚石复合结构的制备与光学性质研究[D]. 宋婕.吉林大学 2015
[3]CVD金刚石单晶生长及金刚石晶体管的研究[D]. 成绍恒.吉林大学 2012
硕士论文
[1]硼和氮掺杂CVD金刚石膜的生长及特性研究[D]. 卢冬.吉林大学 2010
[2]二茂铁桥联聚倍半硅氧烷修饰电极的制备及应用[D]. 陈婧.山西大学 2010
本文编号：3195008
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3195008.html
