电活性金属配合物：设计、固定及电化学传感应用

发布时间：2017-04-02 02:15

  本文关键词：电活性金属配合物：设计、固定及电化学传感应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：鉴于过氧化氢、亚硝酸盐以及碘酸盐在食品、制药、环境和工业等领域的重要性,对其浓度的准确、快速、低成本检测已经引起了人们的广泛关注。相比于传统的检测方式,例如色谱法、分光光度法、毛细管电泳法、化学发光法等,电化学方法由于具有成本低廉、响应快速、灵敏度高、易于微型化和自动化等优点,已经成为分析检测领域中一种十分重要的检测技术。本论文通过构建不同端基功能化界面,制备出了多种电活性的金属配合物,利用不同方法将其固定修饰到电极表面,从而构建出一系列新型金属配合物基电化学传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等多种形貌和表面分析技术,详细考察了所构建金属配合物基电化学传感器的结构、组成以及性质,通过循环伏安(CV)、差分脉冲伏安(DPV)、安培响应电流-时间曲线(i-t)等多种电化学测试技术考察了所制备电化学传感器对过氧化氢、亚硝酸盐以及碘酸盐的电化学检测性能。本论文的主要研究内容摘要如下：1.电活性DTPA-FeⅢ用于非电催化型H2O2电化学传感器的构建。通过共价键合法将电活性二乙基三胺五乙酸合铁(DTPA-FeⅢ)固定在巯基乙胺(cys)修饰的纳米多孔金(NPG)膜上,DTPA-FeⅢ可以与电极之间进行快速的电子传递。当加入过氧化氢(H2O2)后,由于H2O2与DTPA-FeⅢ反应生成了非电活性的配合物DTPA-FeⅢ-H2O2,从而抑制了DTPA-FeⅢ的直接电子转移。基于抑制机理,我们构建了首个基于非电催化机理的H2O2电化学传感器,这种新颖的H2O2电化学传感器具有超低的检出限(1.0×10-14mol L-1)和较宽的线性检测范围mol L-1)并且具有良好的可重现性及稳定性。2.RuⅢ离子在膦酸功能化金纳米粒子表面的配位固定及电化学传感应用。利用乙烯基膦酸(VPA)作为还原剂和稳定剂合成了膦酸功能化的金纳米粒子(P-Au-NPs),通过各种光谱学技术表征了P-Au-NPs的形貌、组成和结构。由于带负电荷膦酸基团所具有的强静电作用和亲水性,使P-Au-NPs具有杰出的胶体稳定性,另外,P-Au-NPs通过配位相互作用可以有效结合RuⅢ离子,因而将RuⅢ离子配位固定到电极上以后可以用于碘酸盐安培传感器的构建,该传感器对碘酸盐的安培检测在施加电压0.1 V条件下具有快速的电子响应时间(小于3 s)、宽的检测范围(9.90×10-81.89×10-3 mol L-1)和低的检出限(298×10-g mol L-1)。3.RuⅢ离子在PAH功能化金纳米树枝晶表面的配位固定及电化学传感应用。通过简单的一步电沉积方法成功制备了聚烯丙基胺功能化的金纳米树枝晶(PAH-3D-Au-NDs)利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散谱(EDS)元素分布图和X射线光电子能谱(XPS)测试对PAH-3D-Au-NDs的形貌、结构和组成进行了详细表征,考察了所构建金属配合物基电化学传感器的结构、组成及性质。将PAH-3D-Au-NDs作为功能化界面,通过RuⅢ离子和聚烯丙基胺(PAH)之间的配位作用来有效固定RuⅢ离子,由此获得的Rum/PAH-3D-Au-NDs/Au电极对于碘酸盐还原显示了良好的电催化活性,最终构建的碘酸盐电化学传感器在施加电压0.2 V条件下具有快速的电子响应时间(小于3 s)、宽的线性检测范围(4.99×10-8～8.50×10-4 mol L-1)以及低的检出限(1.66×10-8 mol L-1)。4.电活性EDTMP-RuⅢ在PAH功能化碳纳米管多层膜表面的自组装及电化学传感应用。基于羧基化多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)和聚烯丙基胺(PAH)之间的静电作用以及供体-受体间相互作用,通过层层自组装方法在玻碳(GC)电极表面成功构建了PAH功能化的MWCNT-COOH多层膜({PAH/MWCNT-COOH}n)结构,继而通过氨基(-NH2)和膦酸(-PO2H2)基团之间的静电和氢键相互作用可以将{PAH/MWCNT-COOH}。作为一个功能界面来牢固地固定电活性金属配合物乙二胺四亚甲基膦酸合钌(EDTMP-RuⅢ)。固定的EDTMP-Rum配合物可以与基底电极之间进行直接电子转移,并且对于碘酸盐的还原具有良好的电催化活性,在施加电压0.1 V条件下,具有快速的电子响应时间(小于3 s)、宽的线性检测范围(8×10-8～2.3×10-4 mot L-1)以及低的检出限(3× 10-8mol L-1)。5.电活性CoPcF在MWCNTs表面的自组装及电化学传感应用。通过配合物酞菁钻(CoPcF)和多壁碳纳米管(MWCNTs)之间的π-π堆积相互作用合成了CoPcF功能化的MWCNTs(即C oPcF-MWCNTs杂化物),利用光谱表征技术(UV-vis、XPS和拉曼)和电镜表征技术(TEM和SEM)对CoPcF-MWCNTs杂化物的物理学性质进行了相关表征,随后将CoPcF-MWCNTs杂化物固定到玻碳电极上构建了一个亚硝酸盐电化学安培传感器,固定在电极上的CoPcF配合物最终显示出了快速的电子转移速率,并且对亚硝酸盐的氧化具有良好的电催化活性,在施加电压0.8 V条件下,具有快速的电子响应时间(小于3 s)、宽的线性检测范围(9.6×10-8～3.4×10-4 mot L--1)以及低的检出限(6.2×10-8mol L-1)。
【关键词】：金属配合物 过氧化氢 亚硝酸盐 碘酸盐 电化学传感器
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4;TP212
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 电化学传感器11-12
• 1.1.1 电化学传感器的发展历程11-12
• 1.1.2 电化学传感器的优点12
• 1.2 电化学三电极体系12-13
• 1.3 电化学检测技术13-17
• 1.3.1 循环伏安法13-14
• 1.3.2 差分脉冲伏安法14-15
• 1.3.3 安培响应电流-时间曲线15-17
• 1.4 金属配合物简介及应用17-21
• 1.4.1 金属配合物简介17
• 1.4.2 金属配合物的应用领域17-21
• 1.5 本论文的选题意义及研究内容21-23
• 第2章 电活性DTPA-Fem用于非电催化型H_2O_2电化学传感器的构建23-29
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-24
• 2.2.1 试剂23-24
• 2.2.2 仪器24
• 2.2.3 DTPA-Fe~Ⅲ/cys/NPG电极的制备24
• 2.3 结果与讨论24-28
• 2.3.1 修饰电极的物理与化学表征24-26
• 2.3.2 DTPA-Fe~Ⅲ/cys/NPG电极的电化学表征26
• 2.3.3 基于非电催化机理对H_2O_2的电化学检测26-28
• 2.3.4 重现性和稳定性28
• 2.4 结论28-29
• 第3章 Ru~Ⅲ离子在膦酸功能化金纳米粒子表面的配位固定及电化学传感应用29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 实验部分29-31
• 3.2.1 试剂29-30
• 3.2.2 仪器30
• 3.2.3 P-Au-NPs的制备30
• 3.2.4 Ru~Ⅲ/P-Au-NPs/GC电极的制备30-31
• 3.3 结果与讨论31-39
• 3.3.1 P-Au-NPs的合成31-32
• 3.3.2 P-Au-NPs的物理化学表征32-35
• 3.3.3 Ru~Ⅲ/P-Au-NPs/GC的电化学传感应用35-39
• 3.4 结论39-40
• 第4章 Rum离子在PAH功能化金纳米树枝晶表面的配位固定及电化学传感应用40-50
• 4.1 引言40-41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.2.1 试剂41
• 4.2.2 仪器41
• 4.2.3 PAH-3D-Au-NDs的制备41-42
• 4.2.4 Ru~Ⅲ/PAH-3D-Au-NDs/Au电极的制备42
• 4.3 结果与讨论42-49
• 4.3.1 PAH-3D-Au-NDs的表征42-45
• 4.3.2 Ru~Ⅲ/PAH-3D-Au-NDs/Au的电化学传感应用45-49
• 4.4 结论49-50
• 第5章 电活性EDTMP-Ru~Ⅲ在PAH功能化碳纳米管多层膜表面的自组装及电化学传感应用50-63
• 5.1 引言50-51
• 5.2 实验部分51-52
• 5.2.1 试剂51
• 5.2.2 仪器51-52
• 5.2.3 利用层层自组装技术制备PAH/MWCNT-COOH多层膜52
• 5.2.4 EDTMP-Rum配合物的制备及固定52
• 5.3 结果与讨论52-62
• 5.3.1 通过层层自组装法制备PAH/MWCNT-COOH多层膜52-55
• 5.3.2 EDTMP和RuCl_3之间的相互作用55-56
• 5.3.3 EDTMP-Rum/{PAH/MWCNT-COOH}_8/GC电极的表征56-58
• 5.3.4 EDTMP-Rum/{PAH/MWCNT-COOH}_8/GC电极的直接电化学58-59
• 5.3.5 EDTMP-Ru~Ⅲ/{PAH/MWCNT-COOH}_8/GC的电化学传感应用59-62
• 5.4 结论62-63
• 第6章 电活性CoPcF在MWCNTs表面的自组装及电化学传感应用63-73
• 6.1 引言63-64
• 6.2 实验部分64-65
• 6.2.1 试剂64
• 6.2.2 仪器64-65
• 6.2.3 CoPcF-MWCNTs/GC电极的制备65
• 6.3 结果与讨论65-71
• 6.3.1 CoPcF-MWCNTs杂化物的表征65-68
• 6.3.2 CoPcF-MWCNTs/GC电极的电化学表征68-69
• 6.3.3 CoPcF-MWCNTs/GC的电化学传感应用69-71
• 6.4 结论71-73
• 第7章 总结与展望73-75
• 参考文献75-103
• 攻读博士学位期间发表的学术论文103-105
• 致谢105

【共引文献】

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本文编号：281715