碳納米管的功能化及應(yīng)用.pdf

1、本論文研究了單壁碳納米管(SWNTs)快速功能化的方法及其應(yīng)用。研究了1,2-萘醌修飾的SWNTs對β-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)電化學(xué)氧化的催化作用；研究了室溫離子液體對SWNTs的修飾作用及室溫離子液體/碳納米管復(fù)合體的制備與表征，并將其應(yīng)用于對血紅素類蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)的研究；分別研究了耐爾藍(lán)和其聚合物對SWNTs修飾及在制作基于脫氫酶傳感器方面的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下： 1．研究了 Nile Blue對SWNTs快速

2、功能化及電催化。將NB分子修飾到SWNTs表面形成NB-SWNTs納米復(fù)合體，譜學(xué)結(jié)果表明，NB不僅能快速、高效地修飾到SWNTs表面，而且還能有效地改善SWNTs在水溶液中的分散性能。將NB-SWNTs修飾到GC電極表面制備了NB-SWNTs/GC電極，循環(huán)伏安結(jié)果顯示，其伏安曲線上不僅表現(xiàn)出一對良好的、幾乎對稱的NB單體的氧化還原峰，式量電位E<'0’>幾乎不隨掃速而變化(其平均值為(-0.422±0.002)V(vs．SCE，pH

3、7.0))；而且還顯示出NB聚合體分子的氧化還原峰，E<'0’>為-0.191 V(100 mV/s時(shí))。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， NB和SWNTs對NADH的電化學(xué)氧化具有協(xié)同催化作用，能使其氧化過電位降低多于560 mV；NB-CNT/GC電極還能較好地響應(yīng)脫氫酶催化底物氧化過程中體系內(nèi)NADH濃度的變化。 2．研究了1,2-萘醌修飾的SWNTs對NADH電化學(xué)氧化的催化作用。將具有電活性的1,2-萘醌(1,2-naphtho

4、quinone，Nq)分子修飾到SWNTs表面形成Nq-SWNTs納米復(fù)合體，用紫外可見(UV-Vis)和紅外光譜等方法對Nq-SWNTs進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：Nq不僅能快速、有效地修飾到SWNTs表面，而且還能有效地改善SWNTs在水溶液中的分散性能。循環(huán)伏安結(jié)果顯示，與GC電極相比，SWNTs能顯著提高Nq的氧化還原峰電流，其伏安曲線上表現(xiàn)出一對良好的、幾乎對稱的氧化還原峰，式量電位E<'0’>幾乎不隨掃速而變化。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5、明，Nq和SWNTs對NADH的電化學(xué)氧化具有協(xié)同催化作用，與SWNTs或Nq相比，Nq- SWNTs具有較高的電催化活性，能使其氧化過電位降低多于510 mV。 3．研究了室溫離子液體對SWNTs的修飾作用，并將室溫離子液體/SWNTs復(fù)合體應(yīng)用于對血紅素類蛋白質(zhì)/酶直接電化學(xué)的研究。SWNTs分別與[bmim]BF<,4>和[bmim]PF<,6>室溫離子液體(RTILs)通過研磨的方式形成親水的[bmim]BF<,4>-S

6、WNTs和疏水的[bmim]PF<,6>-SWNTs兩種納米復(fù)合體，用X光電子能譜、拉曼光譜、掃描電鏡、紫外可見光譜等技術(shù)對兩種納米復(fù)合體進(jìn)行了表征；考察了[bmim]BF<,4>-SWNTs修飾玻碳電極的電化學(xué)特性。循環(huán)伏安測試表明，表面帶正電荷的[bmim]BF<,4>-SWNTs對非電中性物質(zhì)的電化學(xué)參數(shù)有重要的影響。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，血紅素類氧化還原蛋白/酶在[bmim]BF<,4>-SWNTs修飾的玻碳電極上能表現(xiàn)出量化的

7、直接電化學(xué)特性，并能保持其對氧氣、過氧化氫電化學(xué)還原的電催化活性。 4．研究了耐爾藍(lán)聚合物修飾SWNTs電極的制備和性能以及在制作脫氫酶傳感器方面的應(yīng)用。用電化學(xué)聚合方法將Nile Blue(NB)聚合到單壁碳納米管(SWNTs)表面形成PNb-SWNTs納米復(fù)合體。用掃描電鏡、紫外可見光譜、循環(huán)伏安法、電化學(xué)交流阻抗等方法對PNb-SWNTs納米復(fù)合體了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與裸GC相比，PNb-SWNTs復(fù)合物能夠在較低的電