新型纳米复合材料在电化学传感器中的应用研究

【摘要】近年来，纳米复合材料因其特殊的结构和性能倍受研究者的关注，其制备方法也多种多样。本文通过共沉淀法、溶胶凝胶法、静电纺丝法和电沉积法分别制备了一系列新型纳米复合材料，并将制备的纳米复合材料修饰在碳糊电极(CPE)和玻碳电极(GCE)上，构建了不同类型的新型电化学传感器。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和拉曼光谱等多种仪器对所制备纳米复合材料和构建的传感器的组成、结构和性能进行表征。分别将构建的电化学传感器用于生物小分子的研究，优化了实验条件，并在最佳条件下对传感器电化学性能进行研究。实验表明基于这些纳米复合材料的电化学传感器对目标检测物都表现出良好的催化性能，取得了较好的实验结果。具体结果如下：1.构建了一种基于钙钛矿型纳米复合氧化物LaNi0.6Co0.4O3(LNC)修饰碳糊电极(无需任何粘合剂)的葡萄糖和H2O2电化学传感器。通过溶胶凝胶法成功制备了纳米复合氧化物LNC，并通过TEM、SEM、XRD、CV和EIS来表征该材料的各方面性能。用循环伏安法对LNC纳米颗粒修饰电极的电子传递行为进行了表征。研究结果表明基于LNC纳米材料的传感器在最佳条件下具有良好的电化学性能。此传感器对H2O2和葡萄糖表现出很好的电催化性能：对H2O2响应很快，其工作曲线线性范围宽(0.01M-100M)、检测限低(1nM)，灵敏度高(1812.84μA·mM-1·cm-2)；对葡萄糖直接催化的线性范围为0.05M-200M，检测限为8.0nM，灵敏度为643.0μA·μM–1·cm–2(S/N=3)。还可用于实际样品中的葡萄糖和H2O2的分析检测，取得了较好的实验结果。2.基于溶胶凝胶法制备了钙钛矿型纳米复合氧化物Co0.4Fe0.6LaO3（CFLs），将其修饰碳糊电极用于高灵敏地检测葡萄糖和双氧水。通过XRD、TEM、SEM和EIS对CFLs进行了一些表征。并用循环伏安法和时间-电流法分别研究了葡萄糖和双氧水在CFLs/CPE上的催化氧化行为。实验结果表明：CFLs/CPE对葡萄糖和双氧水表现出很强的电催化性能，在最佳条件下具有很好的重现性和稳定性。CFLs/CPE对双氧水线性响应范围为0.01M-800M，最低检测限为2.0nM(S/N=3)。CFLs/CPE对葡萄糖的线性响应范围分为两段：0.05M-5M和5M-500M，最低检测限为0.01M。3.通过静电纺丝法成功地制备的多孔纳米纤维LaCoO3（LCPFs），并将其修饰在碳糊电极上用于L-色氨酸的电化学检测。首先制备了La(NO3)3/Co(Ac)2/PVP纳米纤维，经过煅烧处理后，得到多孔的纳米纤维LCPFs，将LCPFs作为电极修饰材料研究了一种新型的L-色氨酸电化学传感器。该传感器在0.1M磷酸盐缓冲溶液(PBS)具有较高的灵敏度和很低的检出限。通过循环伏安法和电化学阻抗对LCPFs/CPE传感器进行了分析研究，结果表明：在最优的实验条件下，该传感器对L-色氨酸的线性响应范围为0.05M–5M，最低检测限为0.01M,灵敏度为123.43μA·μM–1·cm–2。显示了多孔的纳米纤维LCPFs对L-色氨酸优良的电催化性。4.首次制备了功能化的纳米复合薄膜(电沉积石墨烯/电聚合β-环糊精),并利用电沉积石墨烯和电聚合β-环糊精(ED-GR/P-β-CD)的协同作用构建了一种新型的槲皮素传感器。电沉积石墨烯具有很好的导电性和较大的比表面积，它可以提供大量的活性位点和提高电荷的转移。在此基础上，又在ED-GR/GCE上电聚合β-环糊精的薄膜，得到的这种纳米复合薄膜对槲皮素表现出很强的氧化性。ED-GR/P-β-CD/GCE对槲皮素的线性响应范围为0.005M–20M，检出限为0.001M(S/N=3)。在实际样品的检测中也取得了比较好的结果。5.基于离子液体掺杂的NiAl/LDHs(H-NiAl/LDHs)修饰玻碳电极，建立了高灵敏的测定儿茶酚和对苯二酚的传感器。通过循环伏安法和电化学阻抗对H-NiAl/LDHs/GCE传感器进行了分析研究，结果表明：在最佳实验条件下，通过时间-电流法高灵敏地检测儿茶酚和对苯二酚。对苯二酚浓度的线性响应为0.01μM–140μM，检出限为2.0nM，灵敏度为669.8μA·μM–1·cm–2。儿茶酚的线性测定范围为0.01μM–400μM。检出限为2.0nM(S/N=3)，灵敏度为418.3μA·μM–1·cm–2。
【作者】张振；
【导师】丁亚萍；
【作者基本信息】上海大学，钢铁冶金，2014，博士
【关键词】电化学传感器；纳米复合材料；修饰电极；过氧化氢；葡萄糖；L-色氨酸；槲皮素；

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