基于三維石墨烯電極的無酶電化學(xué)傳感器制備及應(yīng)用研究.pdf

1、電化學(xué)傳感器因具有選擇性好、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、成本低、分析速度快、易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床診斷、食品和醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。電極材料及其結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)靈敏、穩(wěn)定的電化學(xué)檢測(cè)至關(guān)重要。石墨烯(graphene)是由sp2雜化碳原子緊密堆積成的二維(two-dimensional,2D)單層片狀碳質(zhì)材料，由于導(dǎo)電性好、比表面積高等優(yōu)點(diǎn)，而廣受關(guān)注，被用作電極材料應(yīng)用在電化學(xué)器件中，例如超級(jí)電容器、充放電鋰離子電池、鋰

2、-氧氣電池、燃料電池及電化學(xué)傳感器。除二維石墨烯外，以泡沫鎳為模板，通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)可以制備出具有大尺度、高質(zhì)量的三維石墨烯(3D-G)材料。這種三維石墨烯材料完美的復(fù)制了泡沫鎳的孔道貫穿結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的二維平面電極相比，這種3D石墨烯材料制備的三維石墨烯電極具有更大的表面積，快速的傳質(zhì)能力和低的電荷轉(zhuǎn)移阻力等優(yōu)點(diǎn)?；?D石墨烯電極構(gòu)筑新型高靈敏電化學(xué)傳感器具有潛在優(yōu)勢(shì)。
　　本論文以三維多孔石墨烯(3D-G)材料為基

3、礎(chǔ)碳電極，探索制備了兩類新型無酶?jìng)鞲衅鳂?gòu)筑方法，并分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖和過氧化氫的電化學(xué)檢測(cè)。具體如下：
　　1、基于三維多孔石墨烯電極構(gòu)筑無酶葡萄糖電化學(xué)傳感器，具體為：以三維石墨烯為無支載電極，用電沉積法在電極表面沉積金-普魯士藍(lán)(Au-PB)復(fù)合物。通過多巴胺(DA)堿性自聚和反應(yīng)在3D-G/Au-PB電極上修飾一層聚多巴胺(pDA)層。利用pDA自身具有還原作用，還原氯金酸原位生成金納米粒子(Au NPs)后，通過金硫鍵組裝

4、對(duì)巰基苯硼酸(MPBA)構(gòu)筑了可用于葡萄糖檢測(cè)的無酶電化學(xué)傳感器(3D-G/Au-PB/pDA/Au NPs/MPBA)。MPBA與葡萄糖特異性結(jié)合后形成穩(wěn)定的五元環(huán)硼酸酯，這一過程引起電極表面PB電化學(xué)信號(hào)發(fā)生變化，該變化與結(jié)合的葡萄糖濃度在一定范圍內(nèi)具有線性相關(guān)性，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖的無酶電化學(xué)檢測(cè)。利用電化學(xué)循環(huán)伏安法對(duì)3D-G/Au-PB/pDA/Au NPs/MPBA電極的構(gòu)筑過程進(jìn)行了表征并對(duì)檢測(cè)條件進(jìn)行了優(yōu)化?？疾炝酥苽涞膫?/p>

5、感器對(duì)葡萄糖的檢測(cè)性能，檢測(cè)線性范圍為5.0x10-6 M-65.0x10-6 mol/L，檢測(cè)限為1.5x10-6 mol/L。
　　2、基于三維多孔石墨烯電極構(gòu)筑了無酶過氧化氫(H2O2)電化學(xué)傳感器，具體為：以三維石墨烯為無支載電極，通過電化學(xué)還原法在電極表面沉積Au NPs，通過Au-NH2鍵修飾硫堇(Th)，構(gòu)筑了用于檢測(cè)過氧化氫的無酶電化學(xué)傳感器。采用掃描電鏡(SEM)、電化學(xué)等方法對(duì)傳感電極的制備過程進(jìn)行了表征，并考

6、察了檢測(cè)機(jī)理，檢測(cè)機(jī)理為，以Th作為電化學(xué)活性組分直接電催化還原過氧化氫。Th將過氧化氫還原為水，自身被氧化變成氧化態(tài)，隨后氧化態(tài)的硫堇從電極中得到電子，變成還原態(tài)。因此Th修飾三維石墨烯電化學(xué)傳感器可直接應(yīng)用于無酶過氧化氫檢測(cè)。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，制備的三維電化學(xué)傳感器對(duì)H2O2具有快速響應(yīng)，檢測(cè)線性范圍為0.2x10-6mol/L-1.1x10-3mol/L，檢測(cè)靈敏度為227.8x10-6 A/(mmol/L cm2)，檢測(cè)限為58