导电聚合物掺杂离子液体复合材料的制备及其传感性能研究

摘要

本课题主要通过电化学聚合方法制备了不同种类的导电聚合物掺杂离子液体复合材料，并采用不同的表征手段对此类材料的微观结构、材料组成、电化学性能进行了表征。研究结果表明，此复合材料具有较好的电化学性质、生物抗污染等特性，对于电化学传感器和生物抗污染界面材料等领域具有很好的推进作用。本论文主要研究内容简述如下：
　　（1）通过一种低成本的电沉积方法，成功制备了聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）掺杂非水溶性离子液体（IL）1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐的复合材料。将极少量（少于15μL）的离子液体（溶有0.1M EDOT单体），滴加覆盖在玻碳电极表面，然后在装有支持电解质的电化学池中进行电化学聚合，此方案大大减少了实验中所需的昂贵的离子液体的用量，很好地降低了了实验成本。研究表明PEDOT/IL复合材料导电率高、性能稳定，而且呈现出高度的纳米微孔结构，对氧化多巴胺（DA）具有良好的的电化学催化活性。基于PEDOT/IL纳米复合材料的高稳定性和电催化性能，发展了稳定性高、灵敏性好、选择性强的多巴胺传感器，检测限低至51nM。
　　（2）通过电化学法合成制备了PEDOT掺杂非水溶性离子液体（IL）1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐的纳米复合材料（PEDOT/IL），并将其应用于抗污染电化学传感器。研究结果表明，PEDOT/IL复合材料具有多孔结构（屏蔽效应）和很好的亲水性（降低蛋白质的非特异性吸附）等特性，同时具有很好的抗污染能力。基于其优越的导电性能和抗污染能力，PEDOT/IL复合材料可应用于复杂生物体系中生物小分子（如多巴胺）的检测。
　　（3）通过电化学聚合法（循环伏安法、恒电位法）制备了新型导电聚合物PEDOT掺杂SIL（1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐）复合材料。通过扫描电镜（SEM）、X-射线能谱分析（EDS）和拉曼光谱分析等手段对复合材料微观形貌和元素组成进行分析。研究发现PEDOT/SIL复合材料具有较好的导电性能和大的比表面积，能够有效改善传感器对亚硝酸根和多巴胺的电化学催化性能。在最佳制备条件下得到的传感器对亚硝酸根具有很好的还原催化性能，线性检测范围为0.5μM到2.45mM，最低检出限为169nM（S/N=3）。与此同时，此传感器对DA具有较好的的催化效果，检测DA浓度范围为0.2-683.4μM，最低检出限为69nM。该传感器在检测DA时，能够有效避免抗坏血酸和尿酸的干扰。