基于纳米复合材料修饰电极的电化学传感器的研究

摘要

本论文研究了铂/金(Pt/Au)纳米复合材料、巯基化壳聚糖/壳聚糖/碳纳米管(CS-TGA/CS/MWCNTs)复合材料以及壳聚糖/石墨烯(CS/GR)复合材料的制备方法。以所制备的具有优良催化活性的铂-金纳米复合材料为电极制备无酶过氧化氢传感器，以具有良好吸附性能及优良导电性能的多孔碳基纳米复合材料吸附重金属离子，制备重金属离子传感器，并用各种方法研究了传感器的性能。实验结果表明所制备的铂.金复合材料具有特殊表面性能，电化学方法研究其表面的电催化活性较好，可用于无酶过氧化氢传感器的应用研究：所制备的碳基纳米复合材料能够很好的实现对重金属离子的吸附，并可用于多种重金属离子的检测。主要研究内容包括以下几个方面：
　　1.以铂-金纳米复合材料为电极，制备了无酶过氧化氢传感器。采用恒电位电沉积的方法在Ag丝模板上沉积Pt和Au纳米颗粒制备Pt/Au管状电极，应用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱分析(XPS)对其进行了表征，所制备的管状电极纳米颗粒分散均匀；采用电化学方法研究了所制备的电极对过氧化氢的电催化活性，发现其对过氧化氢的电催化性能比较稳定，氧化峰电流与过氧化氢在2×10-6～2×10-5mol·L-1。浓度范围呈线性关系，当信噪比为3s时检测限为9.04×10-7mol·L-1。
　　2.以多孔复合材料修饰电极，制备Pb2+离子传感器。将壳聚糖巯基化制备巯基化壳聚糖，再与壳聚糖、多壁碳纳米管按一定的比例复合，然后将复合物进行冷冻干燥制备多孔复合材料，利用多孔复合材料修饰电极制备CS/CS-TGA/MWCNs/ITO电极。利用红外光谱(IR)和SEM对所制备的材料进行表征，采用电化学方法研究了电极的电化学行为，研究了不同电解质、pH、吸附时间等对电极的影响，结果表明Pb2+离子在电极表面能被很好的吸附，且具有良好的电化学响应，在最佳实验条件下，峰电流与Pb2+离子在2×10-9～1.4×10-8mol·L-1浓度范围内呈线性相关关系，信噪比为3s时检测限为9.53×10-10mol·L-1。
　　3.以石墨烯与壳聚糖复合材料来修饰电极，制备Cu2+离子传感器。利用石墨粉制备氧化石墨，并将氧化石墨还原为石墨烯，以石墨烯-壳聚糖复合材料修饰电极，制备Cu2+离子传感器。壳聚糖的氨基及羟基对重金属离子具有良好的吸附性能，石墨烯具有很好的导电性，通过二者协同作用可以实现对重金属离子的高效检测。利用透射电镜(TEM)和IR对石墨烯进行了表征，并利用电化学方法研究了不同配比、pH和吸附时间对电极的影响。结果表明Cu2+离子在电极表面能被很好的吸附，且具有良好的电化学响应，峰电流与Cu2+在1×10-9～1.5×10-8mol·L-1浓度范围内呈线性相关关系，信噪比为3s时，检测限为4.25×10-10mol·L-1。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 重金属离子检测方法概述

1.1.1 分光光度法

1.1.2 原子吸收光谱法

1.1.3 原子发射光谱法

1.1.4 原子荧光分析法

1.1.5 分子发光光谱法

1.1.6 伏安分析法

1.2 化学修饰电极

1.2.1 化学修饰电极概述

1.2.2 化学修饰电极的分类和制备

1.2.3 化学修饰电极的应用

1.2.4 化学修饰电极对分析化学的意义

1.3 纳米材料及其应用

1.3.1 碳纳米管

1.3.2 石墨烯

1.3.3 Pt-Au二元金属纳米粒子

1.4 多孔吸附材料

1.4.1 吸附材料的分类

1.4.2 壳聚糖及其衍生物

1.4.3 复合多孔吸附材料

1.5 立题依据

第二章 一种新型铂-金纳米材料管状电极的制备及其用于H2O2传感器的电化学研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 铂纳米管的制备

2.2.3 金纳米管的制备

2.2.4 铂/金纳米管的制备

2.2.5 铂/金电极对H2O2的电催化氧化研究

2.3 结果与讨论

2.3.1 铂电镀液浓度的优化

2.3.2 金电镀液浓度的优化

2.3.3 铂和金沉积时间的优化

2.3.4 不同管状电极对H2O2的电化学响应

2.3.5 电沉积Pt/Au管的形貌表征

2.3.6 缓冲溶液pH值的优化

2.3.7 Pt/Au管状电极对过氧化氢的检测

2.4 本章小结

第三章 碳纳米管-巯基化壳聚糖复合材料修饰电极的制备及其用于检测Pb2+的电化学研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂及仪器

3.2.2 多孔复合材料的制备

3.2.3 多孔复合材料修饰玻璃电极

3.2.4 修饰玻璃电极对pb2+的电化学检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 巯基化壳聚糖的红外光谱表征

3.3.2 CS/CS-TGA/MWCNTs复合材料形貌表征

3.3.3 不同化学修饰电极的DPV研究

3.3.4 不同电解质溶液的影响

3.3.5 缓冲溶液pH值的影响

3.3.6 吸附时间的影响

3.3.7 CS/CS-TGA/MWCNTs/ITO电极对Pb2+的检测

3.4 本章小结

第四章 石墨烯-壳聚糖复合材料修饰电极的制备及其用于检测Cu2+的电化学研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂及仪器

4.2.2 氧化石墨及石墨烯的制备

4.2.3 CS-GR复合材料的制备

4.2.4 CS/GR/GC电极的制备

4.2.5 修饰电极对Cu2+的电化学的检测

4.3 结果与讨论

4.3.1 氧化石墨(GO)及石墨烯(GR)的表征

4.3.2 各种修饰电极的电化学测试

4.3.3 石墨烯在壳聚糖中含量的优化

4.3.4 缓冲溶液pH值的影响

4.3.5 吸附时间的影响

4.3.6 CS/GR/GC电极对Cu2+的检测

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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