碳纳米管修饰电极在电化学传感器中的研究与分析应用

摘要

第一章:简要综述了化学修饰电极的特点、研究现状及其应用。主要阐述了修饰电极的方法，以及修饰材料之一碳纳米管的功能特点以及在化学修饰电极上的应用。
　　第二章:用电沉积镍纳米于MWCNTs-Nafion修饰的玻碳电极上制备了MWCNTs-Ni(OH)2/GCE电极，优化了制备条件，采用透射电镜、循环伏安法对此电极进行了表征。将MWCNTs-Ni(OH)2/GCE电极用于检测过氧化氢。结果表明，未修饰的玻碳电极需在较高的电势下才能将过氧化氢氧化，此复合膜修饰的玻碳电极较单修饰多壁碳纳米管或氢氧化镍的电催化活性高，在0.1 mol/LNaOH支持电解液中对过氧化氢有较好的响应，响应信号灵敏提高。该传感器的平均响应时间为5秒，过氧化氢浓度在1.5×10-6-2.5×10-3mol/L呈良好的线性关系(r2=0.9982)，以信噪比的3倍计算传感器的检出限为6.1×10-7mol/L。并对实际样品进行了回收实验。结果表明，此种传感器具有重现性好、操作简便、检测速度快等优点。本方法提高了对过氧化氢的响应信号，扩展现有的测定技术，不仅具有重要的理论意义而且具有潜在的应用前景。
　　第三章:在碱液中，氢氧化镍可催化甲烷生成甲醛和二氧化碳，此变化可引起电极电流及电位信号的改变。基于上述原理，用相同的方法电沉积镍纳米于MWCNTs-Nafion修饰的玻碳电极上制备了MWCNTs-Ni(OH)2/GCE，设计出一种简便、灵敏的甲烷电化学传感器。与氢氧化镍修饰镍电极在电化学活性方面进行了比较，探讨了电催化氧化机理。实验表明复合膜修饰后的电极对甲烷有较好的催化氧化响应。
　　第四章:N-乙酰-L-半胱氨酸(N-Acety l-L-Cysteine，NAC)作为还原型谷胱甘肽前体是一种重要的巯基供给剂，在抗凋亡药物中占有重要地位，具有抗毒、抗氧化、消除自由基、防止辐射损伤等作用。在铁氰化钾的作用下2RSH→RS-SR+2e+2H+。CD与客体分子形成包络物须满足尺寸匹配和能量匹配。基于以上原理，我们以Nafion为固定剂，将环糊精和碳纳米管固定于玻碳电极上，制得β-环糊精-碳纳米管修饰的玻碳电极(β-CD-MWCNT/GCE)，设计出一种简便、快速、灵敏和稳定性高的NAC电化学传感器。在缓冲溶液(pH=8)中以玻碳电极(GCE)为工作电极研究了铁氰化钾(K3Fe(CN)3)电催化氧化N-乙酰胺-L-半胱氨酸(NAC)的电化学行为。实验结果表明，在-0.7-0.20V电位窗口内不易直接发生还原反应，随电位正移电流逐渐增大但无还原峰出现，而在缓冲溶液(pH=8)中，当K3Fe(CN)6溶液中加入N-乙酰胺-L-半胱氨酸后在0.23V处出现了一个不可逆催化氧化峰，且氧化峰电流增大，由此表明K3Fe(CN)3对NAC的氧化具有良好的电催化活性。当K3Fe(CN)6为1.0×10-3mol/L时，电催化氧化峰电流与NAC浓度在4.4×10-4mol/L-8.0×10-2mol/L范围有良好的线性关系，检测限为5.02×10-5mol/L(S/N=3)，相对标准偏差为3.4％，用加标回收法检验了其实际应用的可能性，回收率为94.7％～104.7％。此方法使得用电化学方法测定NAC简单，灵敏，重现性好。
　　第五章:Nafion是一种全氟化高分子聚合物磺酸盐阳离子交换剂，鉴于碳纳米管在环境分析中的应用，我们还研究制备了碳纳米管-Nafion复合膜修饰玻碳电极，用于铅离子的检测。优化实验条件，4min作为富集时间，-1.2V为富集电位的情况下检测铅离子的标准曲线为:Ip=0.5527-0.1009C线性相关系数为0.9684。为采用非汞电极检测铅离子建立了一种切实可行的检测方法。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 化学修饰电极的研究

1．2．1 修饰电极的制备

1．2．2 修饰电极的表征

1．3 碳纳米管概述

1．3．1 碳纳米管的合成

1．3．2 碳纳米管的纯化

1．3．3 碳纳米管的功能化

1．4 碳纳米管修饰电极的方法

1．4．1 碳纳米管碳糊电极

1．4．2 碳纳米管薄膜修饰电极

1．4．3 碳纳米管／聚合物修饰电极

1．4．4 碳纳米管-溶胶凝胶修饰电极

1．4．5 碳纳米管自组装法(SA膜法)修饰电极

1．5 电化学传感器

1．5．1 电化学传感器的原理，组成及特点

1．5．2 电化学传感器装置与原理的新方法

1．6 本论文的立题背景和主要内容

1．6．1 本论文研究意义

1．6．2 研究内容

1．6．3 创新点

参考文献

第二章 碳纳米管负载镍氢氧化镍纳米粒子修饰玻碳电极对过氧化氢电催化氧化的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 电极

2．2．3 电极的预处理

2．2．4 修饰电极的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 碳纳米管负载镍纳米粒子的电镜表征

2．3．2 在MWCNTs-Ni(OH)2／GC上对过氧化氢的电化学响应

2．3．2 碳纳米管的作用

2．3．3 实验条件的选择

2．3．4 过氧化氢的标准曲线

2．3．5 测定过氧化氢实际样品

2．4 结论

参考文献

第三章 甲烷在多壁碳纳米管-氢氧化镍复合膜修饰电极上的电化学氧化

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 电极的预处理

3．2．3 多壁碳纳米管-氢氧化镍复合膜的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 氢氧化镍修饰镍电极在通甲烷前后的电化学行为

3．3．2 多壁碳纳米管-氢氧化镍修饰玻碳电极的电化学行为

3．3．3 甲烷在MWCNT-Ni／GC上的电化学行为

3．4 结论

参考文献

第四章 N-乙酰氨-L-半胱氨酸在环糊精复合碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 电极和电解池

4．2．3 电极的预处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 修饰电极的涂层

4．3．2 酸性介质中K3Fe(CN)6伏安行为

4．3．3 K3Fe(CN)6电催化还原NAC的电化学行为

4．3．4 修饰电极的涂层比较

4．3．5 催化还原反应表观速率常数Ks

4．3．6 pH对响应反应的影响

4．4 NAC的校正曲线

4．5 NAC的回收率

4．4 结论

参考文献

第五章 碳纳米管／Nafion复合材料膜修饰电极差分脉冲伏安法检测痕量Pb2+

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂与仪器

5．2．2 MWCNT／Nafion膜修饰电极的制备

5．2．3 铅离子的富集过程

5．3 结果与讨论

5．3．1 修饰膜的作用

5．3．2 影响富集过程的因素

5．3．3 膜富集镍的机理

5．4 标准曲线

5．5 结语

参考文献

总结与展望

硕士期间发表的论文

作者简介

致谢

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