功能化水滑石/碳纳米管复合材料的制备及其电化学分析性能研究

摘要

碳纳米管作为一类重要的一维纳米材料,因其具有大的比表面,高的长径比,优异的电化学性能,良好的化学稳定性等特殊性能使其在复合材料,电学材料,化学传感器及生物医药方面有广泛的应用。但是制备出来的碳纳米管表面呈现化学惰性,而且在溶剂中的分散性差,难于与基体相结合,因此对碳纳米管表面进行物理修饰,化学改性,接枝衍生化处理,改变碳纳米管表面的性能已成为研究热点。尤其是对碳纳米管表面经过修饰接枝与无机纳米粒子,高聚物,蛋白质氨基酸生物分子结合大大扩大了其在电化学分析领域的应用。
　　 层状双羟基金属氢氧化物及水滑石(LDHs)作为一类重要的阴离子型层状功能材料,其具有吸附能力强,生物兼容性好,化学稳定性高,催化性能好等特点,因此功能化水滑石组装修饰电极制备电化学生物传感器具有非常广阔的应用前景。但是水滑石纳米粒子也存在容易团聚,活性中心数目减少等不足,因此在水滑石层间插入具有电化学活性的阴离子并且寻找一个优秀的碳纳米管载体来提高水滑石的活性中心数目,改善水滑石的分散度可以用来制备功能化水滑石/碳纳米管复合材料,并且用于良好的电化学分析性能。
　　 本文利用表面呈电负性的聚丙烯酸处理的碳纳米管与层板带正电荷的水滑石的静电相互作用,采用共沉淀的方法将ZnAl-LDH原位生长组装到碳纳米管表面,得到水滑石/碳纳米管复合物。由于碳纳米管的加入,提高了水滑石的分散度和稳定性。考察了水滑石和碳纳米管不同比例对苯二酚电分析的影响以及苯二酚在不同复合物修饰电极上的电化学行为。结果表明,水滑石和碳纳米管由于聚丙烯酸的作用结合到了一起,碳纳米管提高了电化学过程中的电子传递速率,提高了电极的稳定性,复合物修饰电极不仅对邻苯二酚有很好的检测能力,而且能将苯二酚三种异构体分开,具有低的检测限和高的灵敏度。
　　 利用荧光素(F1)染料分子对电化学应起着促进剂的作用,将荧光素插入到水滑石层间,利用表面活性剂来控制荧光素的插层量,并将荧光素插层水滑石采用一步共沉淀的方法组装到聚丙烯酸处理的碳纳米管表面。研究了不同荧光素插层LDH-PCNT复合物修饰电极对多巴胺的分析能力,结果表明pH值对荧光素插层水滑石的影响较大,复合物中荧光素不仅插入了水滑石层间,而且插层复合物很好与碳纳米管结合到了一起,由于荧光素的促进剂作用和碳纳米管载体媒介体作用,提高了复合材料的电催化能力,多巴胺在修饰电极表面有低的检测限。
　　 利用电活性物种铁氰化钾的氧化还原能力,将铁氰化钾钾插入到水滑石层间,并生长到聚丙烯酸处理的碳纳米管表面,研究了水滑石,碳纳米管,不同比例铁氰化钾插层LDH-PCNT修饰电极对抗坏血酸的电化学分析能力。结果表明,由于铁氰化钾的氧化还原能力,碳纳米管的电子传递能力,水滑石提高铁氰化钾稳定性的能力,复合物的电催化性能好,不同的碳纳米管和的插层物量对抗坏血酸电催化能力不同,当二者比例为O.3的时候,电催化性能最好,抗坏血酸在电极表面是由吸附控制,有高的灵敏度和低的检测限。