石墨烯功能化聚酰亚胺柔性修饰电极的制备及其在传感器和光电转换方面的应用

摘要

聚酰亚胺基薄膜修饰电极由于其良好的化学稳定性和可加工性在光电器件的研发中受到越来越多的关注。本博士论文制备了具有导电性的还原氧化石墨烯/聚酰亚胺（rGO/PI）柔性复合薄膜，并以此柔性薄膜电极为基底，在其表面修饰不同类型的纳米半导体材料；使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）等物理化学测试技术以及循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）、脉冲伏安法（DPV）以及开路电位-时间法（OCP-t）等电化学方法对复合薄膜修饰电极的形貌、结构与性能进行了系统表征；研究了修饰薄膜电极在传感器和光电转换中的应用。主要内容包括：
　　1. Mo修饰的rGO/PI薄膜电极的制备及多巴胺的灵敏性检测
　　通过一步合成法制备了Mo掺杂的rGO/PI多巴胺（DA）传感器，结合XRD和XPS技术证明Mo以MoO2的形式存在于rGO/PI薄膜中。在最优条件下，由LSV法测得Mo-rGO/PI电极上的电化学信号强度与DA浓度有可信的正相关关系，其线性范围为0.1-2000 uM，检测限为0.021 uM(S/N=3)；对尿酸和抗坏血酸具有很强的抗干扰性，稳定性和重复性良好；用该传感器测定了人血清和医用针剂实际样品中DA的含量，所得测定结果、回收率和相对标准偏差等数据令人满意。
　　2.乙酰胆碱酯酶修饰的Au-MoS2-rGO/PI柔性薄膜传感器的构建及其对对氧磷的测定
　　采用光还原法在 MoS2-rGO/PI柔性薄膜电极表面制备了金纳米颗粒（AuNPs），TEM表征结果显示AuNPs的平均直径约为10 nm。DPV结果显示乙酰胆碱酯酶修饰的 AuNPs-MoS2-rGO/PI柔性薄膜电极催化水解氯化乙酰胆碱产生明显的电化学信号；该电化学信号强度与对氧磷浓度间存在较宽的线性范围（0.005-0.15 ug/mL），较低的检测限（0.0014 ug/mL）和较高的灵敏度(4.44 uA/ug mL-1)；所表现的重复性和稳定性良好。该柔性薄膜传感器能够用于实际样品中对氧磷的测定。
　　3.MoSe2在柔性薄膜rGO/PI表面的生长及其电催化和光电催化析氢性能的研究
　　通过电化学沉积法在rGO/PI柔性基底电极表面制备了MoSe2。通过SEM、TEM、XRD、XPS、电化学等技术对 MoSe2的形貌、结构与性能进行了表征。实验结果证明MoSe2-rGO/PI复合薄膜电极具有优良的的光电转换效应，其光开关实验产生的电位差值能够达到0.45 V，光电流响应时间在0.6 s以内；此外MoSe2-rGO/PI复合薄膜电极对氢离子还原有显著的催化作用，在-0.3 V时的析氢电流达到7.9 mA cm-2；在光照的条件下，光能有效地促进 MoSe2-rGO/PI复合薄膜电极催化析氢。
　　4.基于rGO/PI基底表面稀磁半导体ZnMnSe2的制备及其光电性质的研究
　　采用电化学沉积法在rGO/PI薄膜电极表面制备了稀磁半导体ZnMnSe2。通过SEM、XRD、TEM等分析方法对rGO/PI表面的ZnMnSe2进行了形貌与结构的研究，发现rGO/PI表面的ZnMnSe2具有独特的纳米片网孔结构。通过OCP-t实验得出ZnMnSe2-rGO/PI电极具有良好的光电性质，其电位差值能够达到270 mV,相对于二元化合物ZnSe和MnSe而言其光电性能明显提高。该复合薄膜具有良好的磁性，是典型的铁磁性半导体材料。
　　5.ZnSe在新型基底CNTs/PVA电极表面的原位生长及其光电性质的研究
　　用i-t交替沉积的方法在新的柔性薄膜电极碳纳米管/聚乙烯醇（CNTs/PVA）表面制备了 ZnSe，从而得到 ZnSe-CNTs/PVA复合薄膜电极。实验中通过改变Zn与Se的浓度，研究了原子比例Zn：Se对化合物（ZnxSe1-x）形貌的影响，发现ZnSe的形貌是最均匀单一的，由纳米棒组成。通过OCP-t实验研究了相似类型三种化合物的光电性质，发现均为p型半导体，且均具有良好的光电性质，其中ZnSe的光电效应是最好的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1新型柔性薄膜电极

1.3 聚酰亚胺

1.4 纳米半导体修饰电极

1.5 本论文的选题意义与目的

参考文献

第二章 Mo修饰的rGO/PI薄膜电极的制备及多巴胺的灵敏性检测

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 总结

参考文献

第三章 乙酰胆碱酯酶修饰的Au-MoS2-rGO/PI柔性薄膜传感器的构建及其对对氧磷的测定

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 MoSe2在柔性导电薄膜rGO/PI表面的生长及其电催化和光电催化析氢性能的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 基于rGO/PI基底表面稀磁半导体ZnMnSe2的制备及其光电性质的研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 总结

参考文献

第六章 ZnSe在新型基底CNTs/PVA电极表面的原位生长及其光电性质的研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

参考文献

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

在学期间的研究成果

致谢