SWCNT-DNA复合物电化学性质研究

摘要

碳纳米管是新型的准一维量子材料，具有优异的力学性能和电学性质。常规方法得到的单壁碳纳米管（SWCNT）成束存在，限制了其进一步应用。在超声作用下单壁碳纳米管与单链DNA（ssDNA）自组装可以得到单根离散的SWCNT-DNA复合物。初步研究表明，SWCNT-DNA复合物具有良好的电化学性质。 SWCNT-DNA复合物能牢固地吸附于玻炭电极表面形成一层SWCNT-DNA薄膜，构建该复合物修饰的玻炭电极。循环伏安测试表明，与裸玻炭电极和未分散的SWCNT。修饰的玻炭电极相比，该电极的响应峰电流明显增大，而且在一定范围内对不同浓度的铁氰化钾有一个线性响应，表现出良好的灵敏度和稳定性。ssDNA通过缠绕在单壁碳纳米管外壁使其离散，提高电极的有效表面积，同时引入了大量的活性官能团，加快Fe（CN）63-/Fe（CN）64-氧化还原反应的电子传递，减小了反应的过电位，增强了该电化学反应的可逆性。 本论文也研究了SWCNT-DNA膜修饰玻炭电极对过氧化氢的检测性能。由于SWCNT-DNA较大的比表面积、良好的导电性，无须其他催化剂即可实现对过氧化氢的检测。实验表明在一定范围内过氧化氢浓度与电流呈现良好的线性关系，同时此传感器具有响应时间短、灵敏度高等特点。我们还将SWCNT-DNA膜电极浸入葡萄糖氧化酶（GOD）溶液中，发现难以通过吸附作用将GOD固定在SWCNT-DNA复合物上，该修饰电极对葡萄糖的检测不稳定，需要通过其他的方法将GOD固定在电极的表面。 这些研究结果表明，在经过DNA杂化改性后，由于其独特的结构和性质，碳纳米管修饰电极有良好的检测性，有很强的应用前景。

目录

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第一章 绪论

1.1前言

1.2碳纳米管的结构及其电化学特性

1.2.1碳纳米管的结构

1.2.2碳纳米管的电学特性

1.3碳纳米管的生物化学改性

1.3.1碳纳米管的生物化学改性理论依据

1.3.2碳纳米管的DNA生物化学改性研究现状

1.4碳纳米管在电化学电容器中的应用

1.4.1电化学电容器分类

1.4.2电化学电容器工作原理

1.4.3电化学电容器电极材料发展

1.4.4碳纳米管应用于电化学电容器的优势

1.4.5碳纳米管电容器的研究现状

1.5碳纳米管在电化学传感器中的应用

1.5.1生物传感器研究进展

1.5.2碳纳米管应用于电化学传感器具有的优势

1.5.3碳纳米管应用于葡萄糖传感器研究进展

1.5.4碳纳米管应用于过氧化氢传感器研究进展

1.6本论文的选题背景、研究内容和意义

第二章 SWCNT-DNA复合物的制备及其电化学电容性能研究

2.1引言

2.2仪器和试剂

2.3 SWCNT-DNA复合物的制备

2.4单壁碳纳米管及其复合物的表征

2.4.1 TEM分析

2.4.2热重-差热分析

2.4.3电子顺磁共振EPR测试

2.5与DNA复合前后SWCNT电化学电容性质研究

2.5.1碳纳米管电极的制作

2.5.2循环伏安测试(Cyclic Voltammetry)

2.5.3恒电流充放电测试(Chronopotentiometry)

2.5.4电化学阻抗法(EIS)

2.6小结

第三章 SWCNT-DNA膜修饰电极电化学检测性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1 SWCNT-DNA膜的制备

3.2.2电化学测试环境

3.3结果与讨论

3.3.1 SWCNT-DNA膜修饰电极的电位窗口

3.3.2 SWCNT-DNA修饰电极伏安曲线比较

3.3.3扫速的影响

3.3.4在不同浓度铁氰化钾溶液中的响应

3.3.5在低浓度溶液中的灵敏度

3.4小结

第四章 SWCNT-DNA电化学传感器的初步研究

4.1对过氧化氢的检测

4.1.1实验部分

4.1.2结果与讨论

4.1.3影响SWCNT-DNA膜修饰电极对H2O2检测的主要因素

4.1.4传感器的稳定性

4.2检测的葡萄糖初步研究

4.2.1实验部分

4.2.2结果与讨论

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2后续工作及展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢