碳納米管復(fù)合物協(xié)同電催化與生物傳感研究.pdf

1、碳納米管自1991年被發(fā)現(xiàn)以來，因其擁有獨特的電子、化學(xué)和機械性能而在納米電子和電化學(xué)及生物傳感器中具有廣泛的應(yīng)用前景。在電化學(xué)傳感器與生物傳感器的應(yīng)用中，將碳納米管與其它物質(zhì)結(jié)合形成碳納米管復(fù)合物，不僅擁有組成成分各自的性能，同時還擁有協(xié)同電催化作用，而且協(xié)同電催化作用與復(fù)合物材料的制備方法和條件密切相關(guān)。利用碳納米管與其它物質(zhì)之間的協(xié)同電催化作用構(gòu)建電化學(xué)傳感器與生物傳感器可以進一步提高傳感器的電催化性能。本文在碳納米管復(fù)合物的開發(fā)

2、和電催化與生物傳感方面，開展了一系列研究，取得了一些很有價值的成果。本論文的主要研究工作如下： 1、采用一種新的多脈沖計時電流方法制備了碳納米管/聚鄰苯二胺納米多孔復(fù)合物，應(yīng)用循環(huán)伏安法和掃描電子顯微鏡對復(fù)合物進行了表征，研究了該方法制備的碳納米管復(fù)合物對NADH(還原態(tài)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸)的電催化性能并提出了可能的電催化機理。在70mV時(vs Ag/AgCl)，NADH在多脈沖計時電流法制備的碳納米管/聚鄰苯二胺復(fù)合物修

3、飾電極上的響應(yīng)線性范圍為2.0μM到4.0mM，檢測限為0.5μM，響應(yīng)時間小于5s。而在循環(huán)伏安法制備的碳納米管/聚鄰苯二胺納米多孔復(fù)合物修飾電極上的響應(yīng)線性范圍為5.0μM～2.0 mM，檢測限為3.0 μM，響應(yīng)時間為約15s。 2、制備了一種新的碳納米管/甲苯胺藍納米復(fù)合物，并應(yīng)用于NADH的電催化。研究表明：通過π～π共軛作用和疏水作用，碳納米管和甲苯胺藍可以形成穩(wěn)定的新型碳納米管復(fù)合物，相互之間對NADH具有協(xié)同電催

4、化作用。與裸玻碳電極相比，碳納米管和甲苯胺藍復(fù)合物修飾電極對NADH的氧化峰電位出現(xiàn)在0.0V(vs SCE)，氧化峰電位下降了約730 mV。此外，0.0 V時碳納米管/甲苯胺藍復(fù)合物修飾電極對NADH的響應(yīng)線性范圍為2.0μM～3.5 mM，檢測限為0.5μM，響應(yīng)時間小于3s，在35 min內(nèi)對1.0 mM NADH的穩(wěn)態(tài)電流響應(yīng)衰減小于6％。 3、制備了一種新的碳納米管/聚甲苯胺藍復(fù)合物納米線，應(yīng)用掃描電子顯微鏡、循環(huán)伏

5、安法和電化學(xué)交流阻抗對納米線進行了表征，并研究了該復(fù)合物納米線對NADH的電催化性能。與裸玻碳電極與碳納米管修飾電極相比，復(fù)合物納米線對NADH的電催化氧化峰電位為0.0 V(vs SCE)，分別下降了約650 mV和260mV。而與超薄聚甲苯胺藍修飾電極相比，二者雖然具有相同的氧化峰電位，但復(fù)合物納米線對NADH的響應(yīng)提高了約4.5倍。0.0 V時，NADH在復(fù)合物納米線上的響應(yīng)線性范圍為2.0μM～4.5 mM，檢測限為0.5μM，

6、響應(yīng)時間小于5s，在70min內(nèi)對1.0 mM NADH的電流響應(yīng)衰減小于10％。 4、制備了一種新的碳納米管/聚天青A納米復(fù)合物，同時研究了該納米復(fù)合物對亞硝酸根的電催化作用。研究表明：在酸性條件下，碳納米管和聚天青A之間存在協(xié)同電催化作用。在應(yīng)用電位為0.1 v(Vs SCE)，時，亞硝酸在碳納米管/聚天青A修飾電極上的響應(yīng)線性范圍為3.0μM～4.5 mM，檢測限為1.0μM，響應(yīng)時間小于3s。 5、采用了一種簡便

7、、快速的電沉積方法制備了碳納米管/納米普魯士藍復(fù)合物。并在碳納米管/普魯士藍表面電聚合一層超薄聚鄰苯二胺用于固定葡萄糖氧化酶構(gòu)建了葡萄糖電化學(xué)生物傳感器。研究表明：碳納米管和普魯士藍之間對過氧化氫具有較好的協(xié)同電催化作用，聚鄰苯二胺具有抗干擾作用。所構(gòu)建的葡萄糖生物傳感器具有較高的靈敏度和選擇性，葡萄糖在修飾電極上響應(yīng)的線性范圍為10μM～2.5 mM，檢測限為5.0μM，響應(yīng)時間小于5s。 6、將碳納米管先修飾在玻碳電極表面，

8、在生物聚合物殼聚糖的存在下，通過循環(huán)伏安法電沉積納米銅制備了一種新的碳納米管/納米銅/殼聚糖納米復(fù)合物，并將之應(yīng)用于構(gòu)建葡萄糖電化學(xué)生物傳感器。殼聚糖具有很好的生物相容性和可功能化等特性，可以通過其豐富的氨基用戊二醛交聯(lián)固定葡萄糖氧化酶。研究表明：碳納米管和納米銅對過氧化氫的還原具有較好的協(xié)同催化作用。葡萄糖生物傳感器具有較高的靈敏度(檢測限為20μM)和選擇性，寬的線性范圍(50μM～12mM)快速的響應(yīng)(響應(yīng)時間小于4s)等電催化性

9、能。 7、將具有分子識別功能的β-環(huán)糊精(β-CD)通過疏水作用固定在碳納米管表面，通過生物聚合物殼聚糖將含有β-CD的碳納米管層層自組裝到玻碳電極表面首次制備了一種具有分子識別功能和可降低背景電流的碳納米管多層自組裝膜。由于β-CD能有效的分散碳納米管，同時使碳納米管的表面由疏水性變成親水性，因而可以使組裝的碳納米管形成一種相對緊湊的三維空間結(jié)構(gòu)。與不含β-CD的碳納米管組裝膜相比，含有β-CD的多層碳納米管組裝膜不僅具有分子