电泳沉积制备聚苯胺纳米复合材料修饰电极及其在多巴胺检测中的应用

摘要

目前，聚苯胺(PANI)修饰电极常被用来作为多巴胺(DA)化学电极传感器，DA是一种神经传导物质，它不仅在大脑和中枢神经系统中起着至关重要的作用，而且还与肾脏，激素和心血管系统有关，高灵敏度的DA电极传感器在医学诊断和疾病预防中是必不可少的。然而，电极上PANI材料的形貌直接影响电极的性能，PANI修饰电极的制备方法有很多种，例如滴涂法、旋涂法以及电化学沉积等方法，但这些方法都不足以解决电极表面材料形貌控制的问题。因此解决电极形貌控制的问题是制备高灵敏度DA电极传感器的关键。 本课题分别以盐酸(HCl)、樟脑磺酸(CSA)以及十二烷基苯磺酸(DBSA)作为掺杂剂，与苯胺(An)进行化学氧化聚合制备纯聚苯胺(PANI-HCl、PANI-CSA、PANI-DBSA)，再以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底，采用电泳沉积的方法在甲酸/乙腈胶体体系中制备出PANI电极。通过扫描电子显微镜(SEM)表征，成功实现了PANI形貌从材料到电极的转移。此外，通过对PANI-CSA在甲酸/乙腈胶体体系中的一系列测试，分析了PANI-CSA形貌在电极表面得以保留的过程如下：PANI-CSA的纳米棒状结构先分解成纳米颗粒，然后在直流电场的作用下，从胶体悬浮液中在电极表面上重新组合。最后，通过计时-电流法，将制备的PANI-CSA电极用于DA的检测，灵敏度为541.7μA mM-1cm-2，线性检测范围为10μM~5.5mM，检测限为0.64μM。 为了进一步提高PANI电极对DA检测的灵敏度，利用MOFs(MIL-101)的大比表面积，将其与PANI通过化学氧化聚合法制备PANI/MIL-101纳米复合材料，同样采用电泳沉积的方法制备PANI/MIL-101纳米复合材料电极。研究了不同苯胺和MIL-101配比的PANI/MIL-101纳米复合材料电极形貌，并通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗法(EIS)对苯胺和MIL-101的最佳配比进行了探讨，结果表明：当mMIL-101∶mAn=0.4∶1时，PANI/MIL-101纳米复合材料电极的形貌最佳、电化学性能最好。计时-电流法的结果也表明，相比于纯PANI电极，PANI/MIL-101纳米复合材料电极对DA的灵敏度有很大的提升，灵敏度可达745μA mM-1cm-2，线性检测范围为10μM~6.5mM，最低检测限为0.25μM。PANI/MIL-101纳米复合材料电极之所以能够具有这样优异的性能，主要归因于MIL-101具有较高的比表面积，从而增加电极表面PANI膜的比表面积，使得电极与电解质溶液的有效作用面积增大，提高了PANI与电解质液中的DA分子的相互作用。因此，本课题制备的PANI/MIL-101纳米复合材料在DA电极传感器的构建中具有很大的应用前景。

目录

1 绪论

1.1引言

1.2电极的构建及应用

1.2.1电极的制备方法

1.2.2电极的应用

1.3 电化学多巴胺传感器

1.4 MOFs的概述

1.4.1 MOFs合成方法

1.4.2 MOFs的主要应用

1.5 课题的提出

2直流电场中聚苯胺的形貌调控

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料及设备

2.1.2 PANI纳米棒结构的制备

2.1.3 苯胺与樟脑磺酸不同配比PANI的制备

2.1.4 不同酸掺杂的PANI的制备

2.1.5 PANI修饰电极的制备

2.1.6 测试与表征

2.2 结果与讨论

2.2.1 PANI形貌的探究

2.2.2 苯胺浓度和樟脑磺酸浓度对PANI电性能的影响规律

2.2.3 PANI-CSA的形貌表征

2.2.4 PANI-CSA电泳沉积机理的研究

2.2.5 PANI的红外光谱以及紫外光谱测试

2.2.6 PANI-CSA和PANI-HCl在甲酸乙腈体系中的稳定性测试

2.2.7 PANI-CSA和PANI-HCl在甲酸乙腈体系中的粒径分析

2.2.8 PANI电极电化学性能测试

2.2.9 PANI电极传感器的传感性能研究

2.3 小结

3. 聚苯胺/MIL-101纳米复合材料电极传感器的制备

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料及设备

3.1.3 纯PANI及PANI/MIL-101纳米复合材料的制备

3.1.4 PANI/MIL-101纳米复合材料电极的制备

3.1.5 测试与表征

3.2 结果与讨论

3.2.1 PANI/MIL-101纳米复合材料最佳形貌的研究

3.2.2 MIL-101、纯PANI与PANI/MIL-101纳米复合材料的结构表征

3.2.3 PANI/MIL-101纳米复合材料比表面积测定

3.2.4 纯PANI和PANI/MIL-101纳米复合材料电极的形貌研究

3.2.5 PANI/MIL-101纳米复合材料的电导率分析

3.2.6 PANI/MIL-101纳米复合材料电极的电化学性能研究

3.2.7 PANI/MIL-101纳米复合材料电极对多巴胺(DA)的电催化氧化

3.2.8 PANI/MIL-101纳米复合材料电极传感器的传感性能研究

3.2.9 滴涂法、喷涂法制备PANI/MIL-101纳米复合材料电极

3.3 小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 主要创新点

4.3 展望

致谢

参考文献

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