基于泡沫镍构筑电化学传感器及其检测过氧化物的研究

摘要

泡沫金属以其亚微米尺寸、微空隙及优良的导电性及催化性能被广泛的用于光催化、光降解及超级电容器等领域。随着科技的发展泡沫金属的制备工艺已日臻完善，且实现了工业化大规模生产。本论文以在泡沫镍（Ni foam）的表面构筑的碳纳米管（CNTs）骨架为基础，制备了一种化学传感器及两种酶传感器。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）、电化学技术对传感器的表面形貌、元素组成和构建过程进行探究。结果表明Ni foam能有效增加传感器的表面积，从而有效提高传感器的灵敏度。
　　本论文制备了一种化学传感器及两种酶传感器，具体研究包括如下三个方面：
　　（1）以Ni foam电极为基底，通过一步电沉积法制备铜纳米粒子（CuNPs）-碳纳米管（CNTs）纳米复合材料，利用CNTs构建纳米骨架以增加修饰电极的表面积，通过电沉积的方式将CuNPs固定在CNTs骨架的表面。利用扫描电镜（SEM）对修饰电极的形貌进行表征，能谱（EDS）对修饰电极的表面元素进行分析，通过电化学循环伏安法（CV）、交流阻抗谱图（EIS）和计时电流法（I-t）对修饰电极的制备过程进行了探究，对CuSO4浓度、沉积时间及沉积电位等实验条件进行优化。该传感器对过氧化氢的线性检测范围为5.0×10-7~3.4×10-4 mol/L，灵敏度为2.2 A·L/mol，线性相关系数为0.998，检测限为2.4×10-7 mol/L；对过氧化氢异丙苯的线性检测范围为5.0×10-5~1.6×10-3 mol/L，灵敏度为0.011 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为3.5×10-5 mol/L；对过氧化氢叔丁基的线性检测范围为9.0×10-5~2.5×10-3 mol/L，灵敏度为0.16 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为5.8×10-5 mol/L。
　　（2）先通过恒电位沉积将CNTs固定在Ni foam电极表面，后将金纳米粒子（AuNPs）通过电沉积固定在CNTs表面，再通过电聚合方式固定聚硫堇电子介体薄膜（PTH），最后将预先配置的辣根过氧化物酶（HRP）溶液滴加到修饰电极的表面，并置于4℃冰箱中晾干，从而使辣根过氧化物酶与PTH/AuNPs/CNTs/Ni foam修饰电极结合，构建HRP/PTH/AuNPs/CNTs/Ni foam修饰电极。采用SEM对修饰电极的表面形貌进行了观察，利用EDS对修饰电极的表面元素进行分析，通过CV法、EIS法、I-t法对修饰电极的制备过程进行了探究，并对修饰电极pH值、工作电位等条件进行了优化。其对过氧化氢的线性检测范围为2.5×10-7~6.9×10-4 mol/L，灵敏度为0.95 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为1.7×10-7 mol/L；其对过氧化氢异丙苯的线性检测范围为2.5×10-6~2.3×10-3 mol/L，灵敏度为3.7×10-4 A·L/mol，线性相关系数为0.994，检测限为1.3×10-6 mol/L；对2-过氧化丁酮的线性检测范围为2.5×10-6~1.4×10-3 mol/L，灵敏度为2.6 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为9.7×10-7 mol/L。
　　（3）以碳纳米管为纳米骨架构建辣根过氧化物酶直接电化学传感器，在Ni foam电极上通过恒电位沉积法构建碳纳米管骨架得到CNTs/Ni foam修饰电极，将得到的修饰电极置于HAuCl4、HRP与十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的混合溶液中，一步电沉积得到HRP-AuNPs-CTAB-CNTs/Ni foam修饰电极。利用SEM对修饰电极的表面形貌进行表征，EDS对修饰电极的表面元素进行分析，通过CV法、EIS法和I-t法对传感器的制备过程进行了探究，并对实验条件进行了优化。该修饰电极对过氧化氢的线性检测范围为2.5×10-7~5.4×10-4 mol/L，灵敏度为2.6 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为1.2×10-7 mol/L；对过氧化氢异丙苯的线性检测范围为8.8×10-7~1.5×10-3 mol/L，灵敏度为3.7×10-4 A·L/mol，线性相关系数为0.999，检测限为6.8×10-7 mol/L；对2-过氧化丁酮的线性检测范围为6.7×10-7~1.5×10-3 mol/L，灵敏度为3.1 A·L/mol，线性相关系数为0.998，检测限为4.5×10-7 mol/L。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 化学传感器

1.2 电化学酶传感器

1.3 辣根过氧化物酶（HRP）传感器

1.4 纳米材料在化学传感器和酶生物传感器中的应用

1.5 过氧化物

第二章 基于泡沫镍制备CuNPs-CNTs纳米复合材料电极及其对过氧化物的检测

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第三章 以聚硫堇为介体基于碳纳米管-纳米金固载HRP构筑过氧化物生物传感器的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 一步电沉积法于CNTs/Ni foam电极表面构筑辣根过氧化物酶直接电化学传感器

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 总结

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢