高灵敏薄膜修饰电极的制备及应用

【摘要】三维有序大孔材料(3DOM)的制备和应用已成为材料领域研究的热点之一。由于它具有比表面积大、孔隙率高、孔径尺寸均匀可调等特点，将纳米材料的特性和有序大孔结构相结合，产生了新颖的功能和特性已在光子晶体、催化、电池材料等领域取得广阔应用。同时已有研究证明三维大孔材料具有孔结构排列周期性强、电子传导速率快、催化特性高等优点，这给电化学学科带来了美好前景。基于此，本论文采用乳液合成法制备了单分散微球聚苯乙烯(PS)模板，通过垂直自组装法在玻碳电极表面形成了三维有序大孔聚苯乙烯结构，利用模板分子的界面定向作用，采用电化学沉积法现场原位制备了三维有序大孔L-半胱氨酸氧化薄膜修饰电极（3DOM-LOC/GCE），扫描电镜(SEM)表征结果表明电极表面的三维有序大孔L-半胱氨酸薄膜排列规则整齐，孔隧道丰富。以K3[Fe(CN)6]为探针比较了二维L-半胱氨酸薄膜和3DOM-LOC/GCE上的响应信号，氧化还原信号在三维有序大孔修饰电极上响应明显增强且氧化还原峰间电位差缩小，峰电位差值的缩小说明标准异相速率常数增加，峰电流的提高说明电极有效响应面积明显增大，实验表明3DOM-LOC/GCE是一种优异的修饰材料，它为反应提供了较多的反应位点。为考察三维有序大孔薄膜修饰电极的电化学性能，以环境激素类物质对氯苯酚、对氨基苯酚为检测对象，研究了它们在3DOM-LCO/GCE上的电化学响应信号、氧化还原机理及影响规律。检测对氯苯酚的实验结果显示：在磷酸盐(pH5.7)缓冲液中，相比裸玻碳电极和二维L-半胱氨酸膜修饰电极，对氯苯酚在3DOM-LOC/GCE上的响应信号显著增强，这归结于三维有序L-半胱氨酸氧化膜具有高度规则整齐的多孔微结构、良好的电子传输效率。优化各实验参数，对氯苯酚的线性范围为5.0×10-8~5.0×10-6mol/L，检出限为1.67×10-8mol/L。同时考察了三维有序大孔膜修饰电极的抗干扰能力，比较了同种干扰物对二维薄膜修饰电极和三维有序大孔膜电极的干扰限度，将三维修饰电极用于当地水样检测中，回收率在99.6~107%之间。在以对氨基苯酚为检测对象的实验中：采用循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安(DPV)考察了对氨基苯酚在3DOM-LCO/GCE上的电化学行为，实验发现：3DOM-LOC/GCE对对氨基苯酚的氧化还原过程具有明显的催化特性和抗干扰能力，它不仅提高了对氨基苯酚的氧化还原峰电流，而且降低了氧化还原峰电位差值，同时发现对氨基苯酚在30~330mV/s的循环伏安扫速范围内扫速的平方根与氧化峰电流呈良好线性关系，结合不同pH介质的线性关系式推断出对氨基苯酚在3DOM-LCO/GCE上是受扩散控制的两电子两质子的氧化还原过程。优化实验参数，对氨基苯酚的线性范围为0.02~200μmol/L，检测限为0.008μmol/L(S/N=3)。实验均证实了该三维有序大孔修饰电极灵敏度高、稳定性和重现性较好。应用实际样品的测定结果令人满意，基此建立了一种快速灵敏、稳定、适合现场检测酚类污染物的新方法。除此之外，基于新型碳材料乙炔黑比表面积大、导电性好的特点，制备了乙炔黑(AB)-壳聚糖(CTS)复合膜和乙炔黑-双十六烷基磷酸酯(DHP)复合膜，为考察其电催化性能，以食用色素日落黄和喹啉黄为检测对象，研究了乙炔黑复合膜修饰电极对它们的增敏效应。检测日落黄的实验中，日落黄在AB-CTS/GCE上显示了较强的电流增敏效果，通过扫描电镜和在K3[Fe(CN)6]溶液中表征结果表明AB-CTS复合膜能有效的提高电子传导速率，优化实验测定参数，最佳条件下的日落黄线性范围为5.0×10-8～1.0×10-5mol/L，检出限为9.0×10-9mol/L(S/N=3)，用于饮料样品中日落黄的检测，回收率在99.37%~104%之间。以喹啉黄为检测对象的实验中将乙炔黑(AB)分散制备成均一、稳定分散液，滴涂法制备了乙炔黑薄膜修饰电极，研究了食用色素喹啉黄在AB-DHP复合膜修饰电极上电化学行为，喹啉黄在AB-DHP复合膜修饰电极上氧化信号显著提高，通过优化测定条件，该方法的线性范围为0.5～20mg/L，检出限为0.12mg/L(2.5×10-7mol/L)，应用于实际饮料样品的检测，平均回收率为102.28%。基于此建立了一种乙炔黑复合膜修饰电极测定食用色素的新方法。
【作者】石震；
【导师】张升晖；
【作者基本信息】湖北民族学院，化学工程与技术，2014，硕士
【关键词】化学修饰电极；三维有序大孔材料；乙炔黑；电化学测定；

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