幾種新型碳-離子液體電極的構(gòu)建及其在生化和環(huán)境分析中的應用.pdf

1、化學修飾電極是在電極表面進行分子設計，將具有優(yōu)良化學性質(zhì)的分子、離子、聚合物設計固定在電極表面，使電極具有某種特定的化學和電化學性質(zhì)，豐富了電化學的電極材料，擴展了電化學的研究領域。目前已應用于生命科學、分析科學、電子學、環(huán)境科學、能源科學以及材料科學等諸多方面。本論文針對生物傳感器研究和環(huán)境分析中的一些關(guān)鍵問題，即如何將生物成份穩(wěn)定、活性高地固定到傳感器上，如何快速地、靈敏地測定苯二酚、重金屬離子等污染物質(zhì)。使用不同的材料、不同的修飾

2、方法制備了一系列碳/離子液體電極，并將其應用于生化和環(huán)境分析中。采用多種電化學方法，如循環(huán)伏安法(CV)、時間-電流曲線(i-t)、方波陽極溶出伏安法(SWASV)、差分脈沖伏安法(DPV)等，以及掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜(FTIR)等技術(shù)詳細研究了構(gòu)建的碳/離子液體電極的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其檢測性能。本論文主要研究工作如下：
　　(1)利用離子液體正辛基-吡啶-六氟磷酸鹽(OPPF6)取代石蠟

3、油等非導電粘合劑，將多壁碳納米管(MWCNTs)、石墨粉、離子液體(OPPF6)混合構(gòu)建了一種新型的多壁碳納米管修飾碳/離子液體電極(MWCNTs-CILE)。對多壁碳納米管、離子液體(OPPF6)與石墨粉的比例進行了優(yōu)化，對修飾電極的電化學行為進行了詳細的研究。結(jié)果表明，由于MWCNTs優(yōu)異的電催化活性等特性，疏水性的離子液體較強的電子傳導能力和良好的協(xié)同催化作用，使制備的修飾電極對H2O2、NADH和堿性條件下的葡萄糖都顯現(xiàn)出良好的

4、電催化性能。
　　(2)通過將葡萄糖氧化酶摻雜在金膠修飾碳/離子液體電極中構(gòu)建了一種新型葡萄糖生物傳感器。金膠修飾的碳/離子液體電極能為包埋在其中的葡萄糖氧化酶提供一個良好的生物環(huán)境。實驗結(jié)果表明，該生物傳感器在葡萄糖濃度5.0×10-6～1.2×10-3和2.6×10-3～1.3×10-2 mol L-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測限可達3.5×10-6 mol L-1，響應時間在10 s以內(nèi)。該傳感器具有制備方法簡單、表面易更

5、新、靈敏度高、重現(xiàn)性好、對葡萄糖的響應速度快等優(yōu)點，在葡萄糖的實際樣品檢測中有一定的潛在應用價值。
　　(3)通過預氧化電聚合鄰苯二胺將葡萄糖氧化酶固定在普魯士藍修飾的碳/離子液體電極上，構(gòu)建了一種新型葡萄糖生物傳感器。實驗結(jié)果表明，制備的普魯士藍修飾碳/離子液體電極對H2O2的氧化和還原均有良好的催化能力?？疾炝藀H值和應用電位對測定的影響。利用該傳感器對葡萄糖進行檢測，獲得了較好的結(jié)果，線性范圍為5.0×10-6～2.1×10

6、-3 mol L-1，檢測限為2.0×10-6 mol L-1。
　　(4)基于碳/離子液體電極，提出了一種簡單、靈敏、快速的檢測三種苯二酚異構(gòu)體的方法。構(gòu)建的碳/離子液體電極，未經(jīng)進一步修飾，對三種苯二酚異構(gòu)體表現(xiàn)出良好的電催化和選擇性能。線性范圍分別為5.0×10-7～2.0×10-4 mol L-1(HQ、CC)和3.5×10-6～1.535×10-4mol·L-1(RC)，檢測限分別為5.0×10-8 mol·L-1(HQ

7、)、2.0×10-7 mol L-1(CC)和5.0×10-7 mol L-1(RC)。同時考察了影響測定的因素，并用該電極對水樣進行了分析，獲得了比較滿意的結(jié)果。
　　(5)研究了8-羥基喹啉固定斑脫土修飾的碳/離子液體電極方波陽極溶出伏安法同時測定痕量的鉛和隔離子。8-羥基喹啉固定的斑脫土對鉛和隔離子有很好的富集作用。Pb2+和Cd2+在修飾電極上可以產(chǎn)生兩個分離的，峰形較好的氧化峰，峰位置分別在-0.364 V和-0.884

8、 V。討論了支持電解液、溶液pH值、富集時間、沉積電位、修飾劑的量以及可能的干擾對測定的影響。Pb2+和Cd2+在0.5×10-9～1.5×10-7mol L-1的范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)分別為0.995和0.994，檢測限分別為1.0×10-10和2.0×10-10 mol L-1。結(jié)果表明，該修飾電極能夠靈敏地、有效地同時測定痕量金屬鉛和鎘。
　　(6)利用電聚合方法制備聚硫瑾/碳納米管(PTh/CNT)納米復合材料修飾

9、的碳/離子液體電極，將該修飾電極應用于NADH的電催化氧化研究。結(jié)果表明聚硫瑾功能化的碳納米管復合物對NADH具有很好的電催化氧化性能，且其氧化的過電位較低(約在30 mV，相對于Ag/AgCl電極)。利用循環(huán)伏安(CV)和時間-電流(i-t)曲線對NADH進行檢測，結(jié)果表明，電流響應與NADH濃度在0.8～422μmol L-1之間呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，檢測限為2.6×10-7 mol L-1，響應時間小于5s。同時，該電極還具有良好的

10、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
　　(7)結(jié)合碳納米管、銅納米粒子和殼聚糖的優(yōu)異性能，通過一步電沉積的方法將納米銅、殼聚糖和多壁碳納米管修飾到玻碳電極表面，制備了一種新型的銅納米粒子/碳納米管/殼聚糖(Cunano/CNTs/CS)納米復合物膜修飾電極。在制備的Cunano/CNTs/CS復合膜中，殼聚糖的氨基既可以和銅納米粒子發(fā)生作用，又可以隨著電沉積過程中殼聚糖溶解度的改變將碳納米管和銅納米粒子一起包裹在殼聚糖膜中，能使構(gòu)建修飾電極保持較高