石墨烯/金属纳米粒子复合薄膜的制备及其在生物传感器方面的应用

摘要

本工作主要分为三个部分。第一部分主要研究一步法绿色还原在气液相表面自组装制备氧化还原石墨烯/金纳米粒子(RGO/AuNP)复合薄膜。复合薄膜的三明治状多层结构是通过原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外光谱仪(UV)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)和拉曼光谱仪（Raman）来表征，得到的结果验证氧化石墨烯(GO)和氯金酸(HAuCl4)可以成功地同时被葡萄糖还原，另外实验数据显示RGO/AuNP自组装复合薄膜受RGO与AuNPs之间的布朗运动以及静电作用支配，复合薄膜中AuNPs的负载量可以通过改变HAuCl4的用量来调控，制得的半透明复合薄膜在有机和无机溶剂中都有很好的稳定性，并且可以用作制备双氧水(H2O2)的非生物活性酶催化的生物传感器。所制备的H2O2生物传感器具有很好的线性范围为0.25-22.5 mM，最低的检测极限为6.2μM(S/N=3)，同时有优异的选择性和长期的稳定性。我们期待这种一步绿色法制备多层功能性石墨烯基复合薄膜能应用于生物传感器、催化以及能源存储。
　　第二部分主要研究的是一步法合成制备大尺寸RGO/AuNP复合薄膜，并且作为功能材料应用于生物传感器和拉曼增强检测，制备的薄膜在非酶H2O2电化学传感器、氧还原反应(ORR)、拉曼增强效应(SERS)的应用得到验证。电化学工作站得到的数据显示出，复合薄膜所充当的H2O2生物传感器具有宽泛的线性范围、较低的检测极限、出色的选择性以及良好的长期稳定性，另外RGO/AuNP复合薄膜还表现出卓越的氧还原反应催化性能，最后还可用于拉曼增强效应的基底材料，对4-氨基苯硫酚的检测有很好的增强效果，增强因子为5.6×105，对2-硫脲嘧啶的最低检测浓度为1μM，我们希望这种制备大尺寸石墨烯掺杂金属纳米粒子的简易方法可以用于药物释放、水污染处理和生物能源。
　　第三部分主要介绍石墨烯以及纳米银在合成制备功能纳米材料应用于生物领域是很重要的结构材料。在这部分通过柠檬酸钠同步还原GO和AgNO3来制备负载有纳米银（AgNPs）的RGO纳米片，然后直接自组装形成尺寸可控的多层RGO/AgNP复合薄膜，复合薄膜的结构和形貌的表征是通过UV光谱、XRD衍射、XPS能谱、Raman光谱以及TEM电镜来表征，薄膜的厚度通过SEM电镜来测量，亲水性通过接触角测量仪来测试，复合薄膜上所做的抗菌和细胞培养实验数据说明，制备的复合薄膜有很好的抗菌活性以及生物相容性，也推出可能的抗菌机理。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 石墨烯的概况

1．2 石墨烯的制备

1．2．1 微机械剥离法(micromechanical exfoliation)

1．2．2 SiC外延生长法(Epitaxial growth on silicon carbide)

1．2．3 化学气相沉积法(Chemical vapor deposition)

1．2．4 化学氧化还原法(Chemical reduction of graphene oxide)

1．3 石墨烯基复合薄膜的制备及性能研究

1．3．1 传统方法

1．3．2 新型方法

1．4 论文的选题依据及研究思路

第二章 葡萄糖还原制备RGO／AuNP复合薄膜及其应用研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 RGO／AuNP复合薄膜的制备

2．2．3 RGO／AuNP复合薄膜的稳定性测试

2．2．4 RGO-，AuNP-，RGO-AuNP修饰的玻碳电极的制备和表征

2．2．5 实验设备及测试仪器

2．2．6 测试表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 RGO／AuNP复合薄膜形貌和结构表征

2．3．2 RGO／AuNP复合薄膜的形成机理

2．3．3 H2O2生物传感器应用

2．4 结论

第三章 柠檬酸钠还原制备RGO／AuNP复合薄膜及其应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 GO的制备

3．2．3 AuNPs的制备

3．2．4 RGO和RGO／AuNP复合薄膜的制备

3．2．5 RGO，AuNP，以及RGO／AuNP薄膜修饰电极的制备

3．2．6 H2O2生物传感器

3．2．7 ORR催化

3．2．8 SERS生物检测基底

3．2．9 表征手段

3．3 结果与讨论

3．3．1 GO的表征

3．3．2 RGO／AuNP复合薄膜的制备和表征

3．3．3 RGO／AuNP复合薄膜的形成机理

3．3．4 电化学H2O2生物传感器的应用

3．3．5 电化学ORR阴极催化剂的应用

3．3．6 SERS生物检测基底的应用

3．4 结论

第四章 柠檬酸钠还原制备RGO／AgNP复合薄膜及其应用研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 GO的制备

4．2．3 AgNPs的制备

4．2．4 RGO和RGO／AgNP复合薄膜的制备

4．2．5 RGO／AgNP复合薄膜的亲水性检测

4．2．6 抗菌材料的制备

4．2．7 RGO／AgNP复合薄膜的细胞培养

4．2．8 表征手段

4．2．9 数据统计分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 GO和AgNPs的表征

4．3．2 RGO／AgNP复合薄膜的制备和表征

4．3．3 RGO／AgNP复合薄膜的亲水性

4．3．4 RGO／AgNP复合薄膜的抗菌性

4．3．5 RGO／AgNP复合薄膜的细胞培养性能

4．4 结论

第五章 全文结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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