摘要:
纳米级的金属材料、导电聚合物由于其独特的物理、化学性质在电化学传感研究中展示出优异的性能,已成为电化学传感器研究的热点之一.本论文合成了六种金属纳米材料及其与导电聚合物形成的复合材料,构置了六种无酶电化学传感器,研究了传感器的电化学和...
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纳米级的金属材料、导电聚合物由于其独特的物理、化学性质在电化学传感研究中展示出优异的性能,已成为电化学传感器研究的热点之一.本论文合成了六种金属纳米材料及其与导电聚合物形成的复合材料,构置了六种无酶电化学传感器,研究了传感器的电化学和电催化行为,建立了测定过氧化氢(H2O2)、葡萄糖、亚硝酸根(NO2-)、多巴胺(DA)的分析新方法.该研究为研制高灵敏、高选择性、低检出限的电化学传感器提供了新思路,拓展了金属及聚合物纳米材料的应用范围.全文共分为四章,作者的主要贡献如下: 1、基于溶液种子法,合成了具有核壳结构的Au@Ag纳米颗粒(Au@AgNPs),并构置了基于Au@AgNPs的H2O2电化学传感器,研究了传感界面材料的尺寸、分散度和电催化性质与传感器响应性能间的关系,建立了检测H2O2的新方法.使用透射电镜(TEM)和动态光散射技术(DLS)对材料的种类和表面性状研究的结果表明,合成的Au@AgNPs粒径分布较窄,粒径大小均匀,粒径约为31.5nm,无团聚颗粒;电化学研究表明,Au@AgNPs对H2O2具有良好的电催化还原作用.该传感器测定H2O2的线性范围从5μm-10mM,检出限为1.3μM(S/N=3),灵敏度为116.7μAmM-1cm-2;相比于常规还原法,种子法合成的Au@AgNPs分散度好;与其它基于Ag纳米材料的电化学传感器比较,该传感器灵敏度提高了3倍,较低的检出限,较宽的线性范围. 基于溶液种子法,合成了形貌为花环状的F-Au@PtNPs和海胆状的U-Au@PtNPs,并构置了F-Au@PtNPs/GCE和U-Au@PtNPs/GCE的两种H2O2电化学传感器,研究了传感界面材料的形貌、尺寸、结构和电催化性质与传感器响应性能间的关系,建立了检测过H2O2的新方法.使用透射电镜(TEM)对材料的形貌及结构性状研究的结果表明,合成的两种纳米颗粒其形貌规整,粒径分布很窄,尺寸大小均一,无团聚颗粒;电化学研究表明,相比于U-Au@PtNPs,F-Au@PtNPs对H2O2具有更好的电催化还原作用.F-Au@PtNPs/GCE传感器测定H2O2的线性范围为0.5μM-500μM,检出限为0.15μM(S/N=3),灵敏度为457.1μAmM-1cm-2.与其它基于Pt纳米材料的电化学传感器比较,该传感器具有贮存稳定性好、检出限降低1个数量级、灵敏度提高1.5倍的优点. 2、采用气液界面法合成了Au@AgNPs,并构置了基于Au@AgNPs的H2O2电化学传感器,研究了传感界面材料的电催化性质与传感器响应性能间的关系,建立了检测过H2O2的新方法.使用TEM和DLS技术对材料的表面性状研究的结果表明,合成的Au@AgNPs分散度非常高,粒径分布很窄,形貌规整且尺寸均一,粒径约为33.5nm.电化学研究表明,将Au@AgNPs修饰到GCE表面得到的Au@AgNPs/GCE传感器的导电性优于GCE且对H2O2具有显著的电催化还原作用;该传感器测定H2O2的线性范围为5μM-15mM,检出限为0.9μM(S/N=3),灵敏度为251.9μAmM-1cm-2.对比发现该传感器具有灵敏度提高5倍、线性范围拓宽1个数量级、检出电位最低等优点. 采用液液界面反应合成了酸掺杂的导电聚苯胺纳米纤维(PANINF),并用抗坏血酸原位将Co纳米球还原到PANINF,构置了Co-PANINF/GCE的DA电化学传感器,研究了传感界面材料的形貌、尺寸及其电化学和电催化性质与传感器响应性能闻的关系,建立了检测DA的新方法.使用扫描电镜(SEM)、TEM和元素分析(EDS)技术对材料的表面性状研究结果表明,合成的PANINF形貌呈弯曲纤维状,纤维分布均匀且直径均一,Co纳米球均匀地附着在PANINF上;电化学研究表明,将Co与PANINF的复合材料修饰到GCE表面得到的Co-PANINF/GCE传感器的导电性优于GCE和Co/GCE且对DA具有显著的电化学响应;该传感器测定DA的线性范围为0.1μM~20μM,检出限为0.03μM(S/N=3),灵敏度为807.1μAmM-1cm-2.与其它基于Co的DA电化学传感器比较,该传感器具有抗干扰性好、检出限降低1~2个数量级、灵敏度提高4~6倍的优点. 3、合成了三维网孔状结构的导电聚苯胺水凝胶(3D-HPANI),并通过电沉积技术将CriNPs附着到3D-HPANI的网孔中,构置了基于3D-HPANI-CuNPs的NO2-电化学传感器,研究了传感界面材料的结构、形貌、尺寸、组成及其电化学和电催化性质与传感器响应性能间的关系,建立了检测NO2-的新方法.使用SEM和EDS技术对材料的结构性状和组成的研究结果表明,合成的3D-HPANI呈规整的三维网络状多孔结构,CuNPs均匀地附着到3D-HPANI网孔中;电化学研究表明,将3D-HPANI与CuNPs的复合材料修饰到GCE表面得到的3D-HPANI-CuNPs/GCE传感器的导电性陛优于GCE、3D-HPANI/GCE、和CuNPs/GCE且对NO2-具有良好的电催化氧化作用;该传感器测定NO2-的线性范围为0.2μM-4.3mM,检出限为0.07μM(S/N=3),灵敏度为139.3μAmM-1cm-2.与其它基于Cu纳米材料的N02-电化学传感器比较,该传感器具有响应时间短、线性范围拓宽1个数量级、检出限降低1~2个数量级的优点. 合成了3D-HPANI,并通过电沉积技术将规整的Pd纳米线(NW)和多孔的Pd纳米膜(NF)附着于HPANI表面上,构置了基于3D-HPANI-PdNW和3D-HPANI-PdNF的两种葡萄糖电化学传感器,研究了传感界面材料的形貌、尺寸、结构、组成及其电化学和电催化性质与传感器响应性能间的关系,建立了检测葡萄糖的新方法.使用SEM和EDS技术对3D-HPANI-PdNW的研究结果表明,纵横交错的Pd纳米线纵横交错且规整排列,对于3D-HPANI-PdNF,则在Pd的厚膜中出现较多的无规则多孔结构;电化学研究表明,相比于3D-HPANI-PdNF/GCE,3D-HPANI-PdNW/GCE传感器对葡萄糖具有更好的电催化氧化作用;该传感器测定的葡萄糖线性范围为5μM-8mM,检出限为0.8μM(S/N=3),灵敏度为187.3μAmM-1cm-2.与其它基于Pd纳米材料的葡萄糖电化学传感器比较,该传感器具有较宽的线性范围、检出限降低1个数量级、灵敏度提高4~6倍的优点.
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