石墨烯—无机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：2017-05-22 13:15

  本文关键词：石墨烯—无机纳米复合材料的制备及在电化学传感器中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电化学方法因为具有价格便宜、操作简单、灵敏度高、响应迅速等特点，在分析化学领域占有重要的地位。自2004年Geim和Novoselov首次从石墨中分离得到石墨烯开始，石墨烯由于它独特的二维空间结构、易导电、易导热、机械性能好、光透过率大和表面积大等优点受到了很多领域的关注。石墨烯-无机纳米复合材料是将石墨烯和无机纳米材料结合在一起，不仅具备石墨烯和无机纳米材料各自的优良性质而且具有两者的增效性质，在很多领域表现出良好的性能。超微电极指的是一维尺寸为纳米或微米级的电极。和常规电极相对比，超微电极具有电流密度大、欧姆降小、信躁比高、响应迅速的特点，能够应用于导电率低的溶剂和活体分析。本文致力于使用环境友好的还原剂制备石墨烯-无机纳米复合材料，并且考察了部分材料在碳纤维超微圆盘电极（CFME)上的应用。 1.壳聚糖因为良好的成膜能力经常被应用在电化学传感器中。文献已经报道了壳聚糖能够还原硝酸银和氧化石墨烯制备银纳米粒子和石墨烯。由于银纳米粒子的形貌能够影响它的性质，我们在含有少量盐酸的溶液中使用壳聚糖作为还原剂同时还原硝酸银和氧化石墨烯，制备了含有少量氯化银的银纳米立方体-石墨烯(Ag-AgClNCs/GN)。邻苯二酚和对苯二酚由于对人有毒性和难降解成为危害很大的环境污染物。邻苯二酚和对苯二酚结构和性质相似，没有能够使用裸电极同时检测的报道。我们首次发现裸CFME能够同时检测邻苯二酚和对苯二酚。聚（5-氨基-1,3,4-噻二唑-2-巯基）（p-ATT）上的氨基和巯基有利于Ag-AgClNCs/GN的吸附。为了提高检测邻苯二酚和对苯二酚灵敏度，我们使用Ag-AgClNCs/GN/p-ATT/CFME同时检测邻苯二酚和对苯二酚，取得了令人满意的结果。 2.MsMOP-1是一种最近报道的多孔有机骨架材料被应用在了有机反应中。MsMOP-1有很多的小孔能够为分析物提供吸附位点，但是还没有应用在电化学传感器中的报道。银纳米粒子有很多的形貌，例如：银纳米线、银纳米带、银纳米棒、银纳米立方体、三角银纳米片和截去顶端的三角银纳米片（AgTP），已经证明形貌能够影响纳米粒子的性质。我们运用柠檬酸钠制备了AgTP，并用MsMOP-1和AgTP修饰CFME同时检测对硝基苯酚和邻硝基苯酚的氧化过程，响应灵敏、迅速。MsMOP-1/AgTP/CFME能够用于湖水和自来水中对硝基苯酚和邻硝基苯酚的检测。 3.化学还原氧化石墨烯制备石墨烯由于操作简单、价格便宜成为最常用的一种制备石墨烯的方法，但是很多的还原剂具有毒性、污染环境。蘑菇富含有蛋白质、维他命、多聚糖和氨基酸，蘑菇萃取液中含有多聚糖使得它具有还原性。可以利用加热的方法简单快速的得到蘑菇萃取液。我们利用蘑菇萃取液油浴加热还原氧化石墨烯合成石墨烯，蘑菇萃取液同时表现出保护剂的作用，还原的过程不会导致石墨烯不可逆的聚集。配体化合物形成的修饰膜均一、稳定，逐渐被应用在电化学传感器中。曲酸被添加在化妆品中提亮肤色，被添加在食品中用作防腐剂。但是，过度频繁的使用曲酸具有致癌性和致瘤性。曲酸在玻碳电极上的氧化过程缓慢，氧化过电势大。我们利用石墨烯和Cu(salen)修饰玻碳电极检测曲酸在电极上的氧化反应，降低了曲酸的氧化峰电势提高了氧化峰电流，，线性范围和检测限呈现出令人满意的结果。 4.利用蘑菇萃取液还原铁氰化钾可以制备普鲁士蓝纳米立方体，但是普鲁士蓝纳米立方体会发生聚集。结合蘑菇萃取液可以还原氧化石墨烯，石墨烯能够作为普鲁士蓝生长的基底阻止普鲁士蓝聚集。我们利用蘑菇萃取液同时还原氧化石墨烯和铁氰化钾合成了普鲁士蓝纳米立方体-石墨烯复合材料。由于β-环糊精能够和对硝基苯酚形成包络物，我们利用β-环糊精/普鲁士蓝纳米立方体/石墨烯修饰玻碳电极检测对硝基苯酚，线性范围是0.01-700μmol L-1，最低检测限是2.34nmol L-1。
【关键词】：石墨烯-无机纳米复合材料 金属纳米粒子 蘑菇 碳纤维超微圆盘电极 电化学传感器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-45
• 1.1 石墨烯13-22
• 1.1.1 氧化石墨烯16-20
• 1.1.2 由氧化石墨烯制备石墨烯20-22
• 1.2 石墨烯-无机纳米复合材料22-38
• 1.2.1 石墨烯-无机纳米复合材料的合成方法26-33
• 1.2.2 石墨烯-无机纳米复合材料的应用33-38
• 1.3 超微电极38-42
• 1.3.1 超微电极的特点39-40
• 1.3.2 超微电极的应用40-42
• 1.4 电化学传感器42-45
• 1.4.1 电化学传感器简介42-45
• 第二章 一步合成 Ag-AgCl 纳米立方体/石墨烯及在检测邻苯二酚和对苯二酚中的应用45-57
• 2.1 引言45-47
• 2.2 实验部分47-48
• 2.2.1 试剂和仪器47
• 2.2.2 合成 Ag-AgCl NCs/GN47
• 2.2.3 制备修饰电极47-48
• 2.3 实验结果和讨论48-56
• 2.3.1 Ag-AgCl NCs/GN 的性质48-50
• 2.3.2 HQ 和 CT 在不同工作电极上的电化学行为50-51
• 2.3.3 pH 和扫速的影响51-53
• 2.3.4 SWV 检测 HQ 和 CT53-55
• 2.3.5 Ag-AgCl NCs/GN/p-ATT/CFME 的重复性、稳定性和抗干扰性55-56
• 2.3.6 水样检测56
• 2.4 本章小结56-57
• 第三章 MsMOP-1 和截去顶端的三角银纳米片的制备及在检测对硝基苯酚和邻硝基苯酚中的应用57-67
• 3.1 引言57-58
• 3.2 实验部分58-60
• 3.2.1 实验药品和仪器58
• 3.2.2 合成 MsMOP-158-59
• 3.2.3 合成 AgTP59-60
• 3.2.4 制备修饰电极60
• 3.3 结果与讨论60-66
• 3.3.1 表征 AgTP 和 MsMOP-160-61
• 3.3.2 p-NP 和 o-NP 在不同工作电极上的电化学响应61-62
• 3.3.3 优化 pH62-64
• 3.3.4 SWV 线性检测 p-NP 和 o-NP64-65
• 3.3.5 重复性、稳定性、抗干扰性和水样检测65-66
• 3.4 本章小结66-67
• 第四章 利用蘑菇萃取液制备石墨烯及 Cu(salen)-石墨烯修饰玻碳电极在检测曲酸中的应用67-79
• 4.1 引言67-69
• 4.2 实验部分69-71
• 4.2.1 实验试剂和仪器69
• 4.2.2 利用蘑菇萃取液制备石墨烯69
• 4.2.3 Cu(salen)的合成69-70
• 4.2.4 制备修饰电极70-71
• 4.3 结果和讨论71-77
• 4.3.1 表征71-73
• 4.3.2 曲酸在不同电极上的电化学响应73-74
• 4.3.3 pH、扫速和沉积条件对曲酸电化学响应的影响74-75
• 4.3.4 曲酸线性检测75-76
• 4.3.5 重现性、稳定性和抗干扰性76-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 蘑菇萃取液一步绿色制备普鲁士蓝纳米立方体-石墨烯及在检测对硝基苯酚中的应用79-93
• 5.1 引言79-80
• 5.2 实验部分80-82
• 5.2.1 试剂和仪器80-81
• 5.2.2 制备蘑菇萃取液81
• 5.2.3 制备普鲁士蓝纳米立方体81
• 5.2.4 利用蘑菇萃取液还原氧化石墨烯81
• 5.2.5 制备普鲁士蓝纳米立方体/石墨烯81-82
• 5.2.6 制备修饰电极82
• 5.3 实验结果和讨论82-92
• 5.3.1 表征82-85
• 5.3.2 p-NP 在不同工作电极上的循环伏安曲线85-86
• 5.3.3 优化富集条件86-87
• 5.3.4 旋转速度和溶液 pH 的影响87-88
• 5.3.5 扫速的影响88-89
• 5.3.6 线性扫描伏安法检测 p-NP89-90
• 5.3.7 重复性、稳定性、抗干扰性90-92
• 5.4 本章小结92-93
• 参考文献93-118
• 作者简介118-119
• 博士期间发表论文119-120
• 致谢120

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 龙虹,朱永新,PeterT.Kissinger;液相色谱/多通道电化学检测法在天然酚类化合物测定中的应用[J];分析化学;2003年05期

  本文关键词：石墨烯—无机纳米复合材料的制备及在电化学传感器中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：385820