N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺/CoFe2O4纳米粒子/石墨烯复合材料的合成、化学发光和磁性研究

摘要

论文首先介绍了化学发光基本概念、常见的化学发光体系和化学发光分析的原理，综述了磁性纳米材料在化学发光分析中的应用研究现状。磁性纳米粒子(MNPs)由于超顺磁性、生物相容性、强吸附能力和外部磁场下的容易分离等独特的物理化学性质，在过去的几十年引起了广泛地关注。近年来，将MNPs组装到石墨烯和石墨烯氧化物(GO)表面上获得MNPs功能化的石墨烯混合物成为研究热点。MNPs功能化的石墨烯混合物由于其多功能性，被广泛的应用于催化、药物输送、医学成像和环境等领域。但是同时具有化学发光活性和磁性的石墨烯复合材料却鲜有报道。而具有优异化学发光性质又可以做磁性载体的复合材料对于构建无标记分析界面具有非常重要的意义。基于此，本论文探索了N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺(ABEI)与CoFe2O4MNPs功能化的石墨烯纳米材料的合成方法，制备了新型的兼具优良磁性和优异化学发光性能的石墨烯复合材料，并研究了其磁性和发光特性。主要研究内容如下:
　　本文发展了一种简单的合成方法，成功合成了一种具有化学发光活性和磁性的石墨烯复合材料。利用“一步水热法”合成了CoFe2O4MNPs功能化石墨烯磁性前体(CoFe2O4/GNs)，通过非共价键将化学发光分子ABEI固载到石墨烯表面，成功制备了ABEI和CoFe2O4MNPs功能化的石墨烯复合材料(ABEI/CoFe2O4/GNs)。借助X射线衍射、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱等仪器分析手段，研究了该材料的形貌、结构和表面化学组成。结果表明，ABEI和CoFe2O4磁性纳米粒子共同存在于石墨烯材料的表面。首先利用磁滞回线研究了所合成材料的磁学性质，发现其有很强的磁性。利用该材料的磁性可以简单快速的纯化材料。接着利用静态注射化学发光仪进一步研究了该石墨烯复合材料的化学发光性质，发现ABEI/CoFe2O4/GNs材料具有优异的化学发光活性，功能化CoFe2O4MNPs后的材料的光强是ABEI直接功能化氧化石墨烯的80多倍。通过研究O2、N2和自由基抑制剂对该化学发光反应的影响，发现如此强的化学发光发射主要是由于固载在石墨烯表面的CoFe2O4MNPs能够催化H2O2分解产生O2·-和HO·活性中间体。化学发光稳定性实验表明ABEI/CoFe2O4/GNs具有很好的稳定性，一天和15天之内七次重复测量化学发光信号的相对标准偏差分别为2.91％和2.85％。此外，利用循环伏安和脉冲电压电化学方法研究了该材料的电致化学发光(ECL)性质，发现在无共反应试剂存在时，ABEI/CoFe2O4/GNs在碱性和接近中性的条件下都能产生电致化学发光。电致化学发光对电势的曲线上显示ABEI/CoFe2O4/GNs的电致化学发光具有两个峰。负电位处的峰是O2被还原成H2O2，H2O2与ABEI反应产生的;在正电位下，负电位下产生的H2O2被氧化成O2·-，同时ABEI被氧化成ABEI·-，O2·-和ABEI·-反应产生了正电位处的峰。磁性纳米粒子可以催化H2O2分解，促进的O2·-和HO·产生，从而加速电致化学发光反应。该工作提出了一种制备具有化学发光活性和磁分离性能的新型功能化石墨烯复合材料的简单合成方法。此外，基于优良的化学发光和电致化学发光活性、磁分离性能和化学发光稳定性，该新型石墨烯复合材料有望用于构建生物传感器。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 化学发光概论

1．2．1 化学发光基本概念

1．2．2 化学发光分析原理

1．2．3 常见的液相化学发光体系

1．3 磁性材料在化学发光领域的应用

1．3．1 磁性材料概述

1．3．2 基于磁性微粒的化学发光分析方法

1．3．3 耦合磁性分子印迹聚合物的化学发光检测体系

1．3．4 磁性粒子酶催化活性的化学发光

1．4 磁性纳米粒子功能化石墨烯在化学发光领域的应用

1．4．1 Fe3O4磁性纳米粒子功能化石墨烯复合物

1．4．2 CoFe2O4纳米粒子功能化石墨烯复合物

1．5 本课题的提出

参考文献

第二章 N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺／CoFe2O4纳米粒子／石墨烯复合材料的合成、化学发光和磁性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 制备GO

2．2．5 ABEI／CoFe2O4／GNs的磁性测试

2．2．7 ABEI／CoFe2O4／GNs的电致化学化学发光特性

2．3 结果与讨论

2．3．1 ABEI／CoFe2O4／GNs复合材料的合成与表征

2．3．2 ABEI／CoFe2O4／GNs的磁性研究

2．3．3 ABEI／CoFe2O4／GNs与H2O2的的化学发光特性

2．3．4 H2O2的浓度和pH对ABEI／CoFe2O4／GNs化学发光的影响

2．3．6 ABEI／CoFe2O4／GNs与H2O2的化学发光可能的机理研究

2．3．7 ABEI／CoFe2O4／GNs的电致化学发光性质

2．4 结论

参考文献

第三章 全文总结

在读硕士期间发表的学术论文

致谢