石墨烯功能化对儿茶酚胺电分析性能的影响

摘要

石墨烯(GR)是一种新型的碳纳米二维平面材料,具有独特的物理结构和优异的性能。其不仅具有大的比表面积、强的电子传导能力和高的机械强度,而且还可以进一步修饰加工。近年来,由于这些无可比拟的优异性能,GR在各个领域应用的研究无论是在实验和理论方面都得到了很大的关注和发展。但是 GR表面却呈惰性状态,且 GR片层间存在强的范德华力,容易产生团聚,使其难溶于水及其他溶剂,这就阻碍了GR的进一步研究和应用。为此,许多研究者把目光开始聚焦在功能化的石墨烯的制备和应用研究上,开启了功能化石墨烯的研究热潮。
　　本论文的主要内容和创新之处具体如下:
　　1、制备了石墨烯修饰电极(GR/GCE),通过循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)研究了多巴胺(DA)、肾上腺素(EP)、去甲肾上腺素(NE)在该修饰电极上的电化学行为。实验结果表明该修饰电极具有良好的稳定性和再现性。又通过探讨实验的溶液 pH、修饰剂使用量和搅拌富集时间等影响因素,优化了实验的最佳测定条件。在实验的最佳条件下,DA、EP、NE在 GR/GCE上的氧化峰电流与它们浓度,分别在一定浓度范围内呈现出良好的线性关系;检出限分别为2.0×10-10 mol/L、1.0×10-9 mol/L、4.0×10-10 mol/L(S/N=3)。实验结果表明,该修饰电极抗干扰性强,可以有效排除抗坏血酸(AA)等物质的干扰。
　　2、制备了羧基化石墨烯修饰电极(GRCOOH/GCE),通过 CV法研究了该修饰电极上DA、EP、NE的电化学行为,又通过探讨实验的溶液 pH、修饰剂使用量、扫描速度和搅拌富集时间等影响因素,优化了最佳测定条件。在实验的最佳条件下,DA、EP、NE在GRCOOH/GCE上的氧化峰电流与它们的浓度,分别在一定浓度范围内呈现出良好的线性关系;检出限分别为5.0×10-6 mol/L、1.0×10-7 mol/L、2.0×10-6 mol/L(S/N=3)。
　　3、制备了结构基本一致的三种功能化石墨烯(氨基化石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯)修饰电极,固定 DA作为目标物质,进行伏安测定。利用 CV法,分别在三者各自的最佳实验条件下,研究其电分析作用。通过比较 DA在功能化石墨烯修饰电极上的电响应信号,结果发现:功能化石墨烯的溶解性、易于修饰电极等方面均得到了提高,但灵敏度却有所下降,且电分析性能大小为:羟基化石墨烯>氨基化石墨烯>巯基化石墨烯。
　　4、利用密度泛函理论 DFT-B3LYP方法,优化了四种功能化石墨烯分子与质子化多巴胺(DAH+)分子结合的不同构型复合物,在气相和在液相下通过6-31g*和6-311++g**两个基组水平上分析了其构型、氢键键长、结合能等参数。理论计算结果显示:羧基化石墨烯复合物由于双氢键作用,所以稳定性最高;且其他三种石墨烯复合物的稳定性顺序为:羟基化石墨烯>氨基化石墨烯>巯基化石墨烯,与实验结果一致。从氢键理论解释了GR及功能化石墨烯的电催化性能差异的原因。

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第一章 绪论

一 石墨烯及功能化石墨烯

二 儿茶酚胺

三 量化计算

四 本论文的选题意义和研究内容

第二章 儿茶酚胺在石墨烯修饰电极上的电化学研究

一 引言

二 实验部分

三 结果与讨论

四 结论

第三章 儿茶酚胺在羧基化石墨烯修饰电极上的电化学研究

一 引言

二 实验部分1 仪器与试剂1.1 仪器

三 结果与讨论

四 结论

第四章 DA 在功能化石墨烯修饰电极上的电化学研究

一 引言

二 实验部分1 仪器与试剂1.1 仪器

三 结果与讨论

四 结论

第五章 功能化石墨烯与多巴胺相互作用的密度泛函理论研究

一 引言

二 主要仪器设备

三 结果与讨论

四 结论

本文总结

参考文献

致谢