基于新型碳纳米材料的电化学传感器研究

摘要

自从富勒烯、碳纳米管和石墨烯被发现以来，新型碳纳米材料就成了一个研究热点。这些新型的碳纳米材料具有非常优异的物理化学性能，在很多领域都有非常广阔的应用前景。或者通过改性已有的碳材料，使其具有一些意想不到的功能，或者开发新的制备方法，近年来报道了多种新型碳纳米材料并且被应用于各种领域。本文探索了新型碳纳米材料在电化学传感领域的应用，研究内容主要包括以下几个方面:
　　 (1)通过氧化剥离碳纳米管的方法制备了石墨烯纳米带(GNRs)，基于GNRs良好的导电性、电催化性能和分散性等优点，和β-环糊精(CD)的主客体识别能力，制备了GNRs-CD/GC电极并用于电化学检测五氯苯酚(PCP)。由于GNRs良好的电化学催化氧化五氯苯酚能力和β-环糊精对五氯苯酚的富集作用，GNRs-CD/GC电极具有较低的检测限，较宽的线性范围，良好的重现性和稳定性，可用于实际自来水样中检测五氯苯酚。
　　 (2)通过直接碳化ZIF-8纳米多面体(ZIF-8 NPs)的方法制备了氮掺杂多孔碳纳米多面体(N-PCNPs)，采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸脱附、X射线光电子能谱分析(XPS)等方法对其进行了表征。N-PCNPs拥有均一的形貌、高比表面积(2221 m2/g)、很窄的孔径分布(集中在3.7 nm)、良好的电化学性能。用于电化学同时检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸，具有较低的检测限和较宽的检测线性范围。
　　 (3)基于氮掺杂多孔碳纳米多面体(N-PCNPs)优异的电化学性能和酸化碳纳米管(AO-CNT)良好的电催化能力、分散性和生物相容性，制备了N-PCNPs/AO-CNT复合物，考察了其对过氧化氢的电催化性能及在葡萄糖氧化酶(GOD)电极中的应用。结果表明:N-PCNPs/AO-CNT对过氧化氢具有较好的电催化氧化能力;N-PCNPs/AO-CNT/GC电极采用安培法检测葡萄糖，发现其具有较好的线性范围和较低的检测限。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 新型碳纳米材料

1．1．1 碳纳米管

1．1．2 石墨烯

1．1．3 介孔碳

1．2 电化学传感器简介

1．2．1 电位型电化学传感器

1．2．2 电导／阻抗型电化学传感器

1．2．3 伏安／安培型电化学传感器

1．3 新型碳纳米材料在电化学传感器中的应用

1．3．1 基于碳纳米管的电化学传感器

1．3．2 基于石墨烯的电化学传感器

1．3．3 基于其他新型碳纳米材料的电化学传感器

1．4 本课题选择的意义和内容

第2章 基于环糊精修饰石墨烯带的五氯苯酚电化学检测

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．2．3 GNRs-CD材料的制备

2．2．4 修饰电极的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 GNRs的表征

2．3．2 对五氯苯酚的电化学氧化研究

2．3．3 电极修饰量对PCP检测的影响

2．3．4 溶液pH值的影响

2．3．5 富集时间对PCP检测的影响

2．3．6 差分脉冲伏安法检测PCP

2．3．7 抗干扰能力的测试

2．3．8 GNRs-CD／GC电极的稳定性与重现性测试

2．3．9 GNRs-CD／GC电极在自来水样中检测性能

2．4 本章小结

第3章 基于氮掺杂多孔碳纳米多面体的抗坏血酸、多巴胺和尿酸电化学同时检测

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验所需溶液

3．2．4 多孔碳材料的制备

3．2．5 工作电极的制备

3．2．6 电化学测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 材料表征

3．3．2 电化学性质

3．3．3 电催化氧化AA、DA和UA

3．3．4 同时检测AA、DA和UA

3．3．5 实际样品检测

3．4 本章小结

第4章 基于氮掺杂多孔碳纳米多面体／酸化碳纳米管的电化学生物传感器

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验所需溶液

4．2．4 材料的制备

4．2．5 工作电极的制备

4．2．6 电化学测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料表征

4．3．2 N-PCNPs／AO-CNTs修饰电极对过氧化氢电催化氧化性能研究

4．3．3 电位对GOD／N-PCNPs／AO-CNTs修饰电极的影响

4．3．4 基于GOD／N-PCNPs／AO-CNTs电极的葡萄糖安培法分析

4．3．5 GOD／N-PCNPs／AO-CNTs／GC电极的抗干扰能力、重现性和稳定性

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢