基于石墨烯及其復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器研究.pdf

1、電化學(xué)傳感器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、靈敏度高、選擇性高和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療保健、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。電化學(xué)傳感器的性能與電極上的修飾材料密切相關(guān)。因此，為了提高電化學(xué)傳感器的性能，尋求適當(dāng)?shù)碾姌O修飾材料，一直是人們研究的主要方向之一。石墨烯(Graphene)，作為二維新型碳材料，是sp2雜化碳原子組成的單層材料。由于其高比表面積、高電導(dǎo)性、室溫下良好的電子遷移率、高機(jī)械性能等，石墨烯是作為修飾電極的理想材料

2、。本論文使用電化學(xué)還原法得到石墨烯并作為電極修飾材料構(gòu)建電化學(xué)DNA傳感器，應(yīng)用于總抗氧化能力的評(píng)估。此外，由于石墨烯片層之間存在強(qiáng)烈的相互作用，因而易于團(tuán)聚甚至重新堆砌成石墨，將會(huì)極大地影響石墨烯在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用。因此，本論文還制備了以摻氮空心碳球作為“間隔物”來分開石墨烯片層的分層式復(fù)合材料，并應(yīng)用于電化學(xué)傳感研究。論文的主要工作如下:
　　 (1)通過電化學(xué)固定堿基鳥嘌呤(Guanine)于電化學(xué)還原氧化石墨烯(ER

3、GO)修飾的玻碳電極，成功地構(gòu)建了電化學(xué)DNA傳感器。研究表明，由于ERGO高的比表面積和高的導(dǎo)電性，極大地提高了鳥嘌呤的負(fù)載量和促進(jìn)了鳥嘌呤在電極上的電化學(xué)氧化。此外，本文構(gòu)建的電化學(xué)DNA傳感器被應(yīng)用于評(píng)估幾種果汁的總抗氧化能力(TAC)，其原理是利用羥基自由基(OH·)損傷鳥嘌呤致使鳥嘌呤的氧化電流減少，而抗氧化劑能保護(hù)鳥嘌呤避免羥基自由基(OH·)的損傷。我們以鳥嘌呤的氧化電流作為指示信號(hào)，方波伏安法(SWV)作為檢測(cè)手段，檢測(cè)

4、了抗氧化劑抗壞血酸(AA)的濃度，傳感器表現(xiàn)出了寬的線性范圍(1.00-20.00mg L-1)、低的檢測(cè)下限(0.24 mg L-1)、高的重復(fù)性以及較好的抗干擾性。
　　 (2)利用聚多巴胺包裹的SiO2球(SiO2@PDA)帶正電和氧化石墨烯(GO)帶負(fù)電的特點(diǎn)，采用靜電自組裝的方法成功地構(gòu)建了SiO2@PDA-GO的分層式復(fù)合材料;在高溫?zé)崽幚砗蜌浞峥涛g后，得到了以摻氮空心碳球(HNCS)作為“間隔物”來分開石墨烯片層

5、的分層式復(fù)合材料(HNCS-RGO)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和能量散射光譜儀(EDS)考察了所制備的HNCS-RGO分層式復(fù)合材料的形貌和組成，并用循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)對(duì)HNCS-RGO分層式復(fù)合材料修飾的電極進(jìn)行了電化學(xué)行為的研究。此后，HNCS-RGO分層式復(fù)合材料應(yīng)用于抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)的電化學(xué)檢測(cè)。結(jié)果表明，由于高的導(dǎo)電性、氮摻雜和獨(dú)特的分層式納米

6、結(jié)構(gòu)，HNCS-RGO極大地促進(jìn)了AA、DA和UA在電極上的電化學(xué)氧化。該傳感器表現(xiàn)出了寬的線性范圍(AA:50-1200μM; DA:0.5-90μM;UA:1-70μM)、低的檢測(cè)下限(AA:650 nM; DA:12 nM; UA:18 nM)、高的重復(fù)性以及較好的穩(wěn)定性。最后，HNCS-RGO分層式復(fù)合材料成功地應(yīng)用于尿液實(shí)際樣品的檢測(cè)。
　　 (3)通過HNCS-RGO分層式復(fù)合材料修飾的玻碳電極，成功地構(gòu)建了煙酰胺腺

7、嘌呤二核苷酸(NADH)電化學(xué)傳感器，并研究了NADH在電極上的電催化氧化。相比RGO修飾的玻碳電極和裸玻碳電極，HNCS-RGO分層式復(fù)合材料修飾的玻碳電極對(duì)NADH的電化學(xué)氧化表現(xiàn)出了更高的氧化峰電流(94.0μA)以及更低的氧化電位(+0.19 V vs.SCE)?；诖诵揎楇姌O優(yōu)異的電化學(xué)氧化行為，我們進(jìn)一步對(duì)NADH進(jìn)行了分析測(cè)試，結(jié)果表明HNCS-RGO分層式復(fù)合材料修飾的玻碳電極對(duì)NADH的檢測(cè)具有低的檢測(cè)下限(0.015