基于石墨烯復合功能材料的電化學傳感器的研究.pdf

1、電化學生物傳感器是將電化學傳感器與生物分子特異性識別相結合的一種生物傳感裝置。修飾電極常作為電流型化學與生物傳感器的換能器，是當前電化學傳感器、生物傳感器等方面的研究熱點。納米材料具有獨特的光學、電學和催化特性及良好的生物相容性，作為電極修飾材料，具有很高的活性和選擇性。石墨烯是由一層單層的碳原子所緊密堆積成的二維的蜂窩網(wǎng)狀晶格結構。由于它具有獨特的光學、熱學、電子和機械性能，被廣泛應用于納米電子學、光子學、催化、電池、超級電容器、化學

2、和生物傳感器等眾多領域。近年來三維宏觀結構的石墨烯復合材料的研究引起了人們的關注。二維石墨烯之間會發(fā)生相互作用和疊加，進而可以聚集成穩(wěn)定的具有一定規(guī)則形狀的三維宏觀石墨烯材料。宏觀體中三維空間結構的存在不僅能夠保持石墨烯納米片自身的優(yōu)良性能，防止石墨烯片的不可逆堆疊，而且空間交聯(lián)網(wǎng)絡結構的存在可以提供大的比表面積，減少電子傳遞阻力，增加物質(zhì)傳遞的路徑，表現(xiàn)出良好的吸附性能。本論文將多種納米材料作為修飾劑，制備了3種功能化石墨烯復合材料修

3、飾電極和一種碳材料修飾電極，并研究了蛋白質(zhì)在其表面的電化學行為。
　　1.水熱法合成了石墨烯-硫化銅(GR-CuS)納米復合材料，利用層層涂布法用殼聚糖(CS)將GR-CuS納米材料、血紅蛋白(Hb)固定在離子液體正丁基吡啶六氟磷酸鹽(BPPF6)修飾碳糊電極(CILE)表面，得到電化學生物傳感器(CS/Hb/GR-CuS/CILE)。紫外可見光譜和紅外光譜實驗表明 Hb在復合材料中的原始構象沒有變化；利用循環(huán)伏安法研究了修飾電極

4、的直接電化學行為，在pH3.0的PBS緩沖溶液中得到一對峰形良好的準可逆峰，該修飾電極對三氯乙酸(TCA)表現(xiàn)出良好的電催化能力，在最佳的實驗條件下，催化還原電流Iss和TCA的濃度C在3.0~64.0mmol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關系，檢測限為0.2mmol/L(3σ)。
　　2.以離子液體正己基吡啶六氟磷酸鹽(HPPF6)修飾電極(CILE)為基底電極，電沉積三維石墨烯-金復合物(3D GR-Au)修飾電極，構建肌紅蛋白(Mb

5、)電化學傳感器，研究Mb在復合膜上的電化學行為。循環(huán)伏安圖中得出一對可逆的良好的氧化還原峰說明在電極表面實現(xiàn)了Mb的直接電化學，這是由于3D GR-Au復合材料在電極表面加快了Mb與界面的電子轉(zhuǎn)移且具有良好的生物相容性。研究了CS/Mb/3D GR-Au/CILE對三氯乙酸(TCA)的電催化，檢測范圍為0.2mmol/L到36.0mmol/L，檢測線為0.06mmol/L(3σ).
　　3.采用電沉積的方法先后在離子液體正丁基吡啶

6、六氟磷酸鹽(BPPF6)修飾碳糊電極(CILE)表面電沉積三維石墨烯(3D GR)和銀(Ag)納米粒子進一步用于固定牛血紅蛋白(Hb)得到修飾電極(CS/Hb/Ag/3DGR/CILE)。利用電子掃描顯微鏡考察了復合材料的表面形貌，交流阻抗譜研究了界面的導電情況，循環(huán)伏安法掃描出現(xiàn)一對可逆的峰型良好的氧化還原峰，說明Ag/3DGR復合材料的存在有效地增大了比表面積，加快了Hb與電極界面的電子轉(zhuǎn)移速率。
　　4.用水熱合成法制備碳微

7、米球(CMS)并修飾在離子液體N-丁基吡啶六氟磷酸鹽修飾碳糊電極上。通過掃描電子顯微鏡、透射電鏡、X射線衍射、拉曼光譜和傅立葉變換紅外光譜對CMS進行表征。將牛血紅蛋白（Hb）和殼聚糖（CS）固定在CMS修飾電極上制備蛋白質(zhì)傳感器。用紫外吸收光譜和傅立葉變換紅外光譜檢測出在復合物中的Hb的特征峰，通過循環(huán)伏安法和交流阻抗譜檢測修飾電極的電化學特性。采用循環(huán)伏安法對電極進行研究，結果得到準可逆的一對氧化還原峰，證明Hb在修飾電極CS/CM