【摘要】：納米材料,尤其是碳納米材料,是電分析和電催化中使用最廣泛的納米材料,在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域的發(fā)展中起著重要的作用。運(yùn)用碳納米材料,設(shè)計(jì)合適的電化學(xué)傳感界面,可以實(shí)現(xiàn)電化學(xué)傳感器構(gòu)建中的一些關(guān)鍵的突破:使得分析物選擇性地與傳感器表面相互作用;實(shí)現(xiàn)識(shí)別元件的高效傳導(dǎo);提高電化學(xué)傳感器的靈敏度和選擇性,在靈敏度高的體系中響應(yīng)時(shí)間的也進(jìn)一步加快。通過對碳納米材料進(jìn)行合適地改性可以更好地滿足電化學(xué)分析檢測的要求。因此,本文采用幾種簡單的合成方法制備改性碳納米材料,進(jìn)一步提高碳納米材料的電化學(xué)活性,并將其用于構(gòu)建新型電化學(xué)傳感器。具體工作如下:(1)采用三聚氰胺和一水合醋酸銅為前驅(qū)體利用熱解一步法制備了2Dg-C_3N_4/CuO納米復(fù)合材料�；诙S(2D)g-C_3N_4/CuO納米復(fù)合材料成功制備了多巴胺(DA)電化學(xué)傳感器。所制得的2D g-C_3N_4/CuO與純g-C_3N_4相比,具有更高的導(dǎo)電性以及更窄的禁帶寬度,這使得它應(yīng)用于多巴胺電化學(xué)傳感器中表現(xiàn)出更高的電化學(xué)活性。采用計(jì)時(shí)電流法,在0.1 mol·L~(-1) Tris-HCl緩沖溶液(pH=7.2)中測得該傳感器的線性范圍為2.00×10~(-9)-7.11×10~-55 mol·L~(-1),檢出限為0.1 nmol·L~(-1)。根據(jù)密度泛函理論(DFT),本文中傳感器超高的靈敏度歸因于傳感器表面快速的電子傳遞速率,即傳感器中2D g-C_3N_4/CuO極易給出電子,而多巴胺醌又高效接受電子。根據(jù)DFT還能得出,多巴胺醌具有最高的正電位且2D g-C_3N_4/CuO和多巴胺醌之間具有最小的電子注入勢壘,故該傳感器在多種生物小分子(包括葡萄糖、尿酸、抗壞血酸)存在下能夠選擇性地檢測DA。所構(gòu)建的溫和又超靈敏的電化學(xué)傳感器可應(yīng)用于實(shí)際生物樣品中痕量DA的檢測。(2)以Cu(Ac)_2·H_2O,C_6H_(12)O_6和三聚氰胺通過水熱反應(yīng)聯(lián)合熱解法成功制備了g-C_3N_4/CuO納米復(fù)合材料。將所制得的g-C_3N_4/CuO納米復(fù)合材料用于電化學(xué)檢測壬基酚(NP),與裸電極及g-C_3N_4修飾電極相比,g-C_3N_4/CuO/GCE上的NP的電化學(xué)響應(yīng)明顯增強(qiáng),表明所制備的納米復(fù)合材料對于檢測NP具有較高的電化學(xué)活性。在最佳條件下,采用計(jì)時(shí)電流法測得傳感器的線性范圍為0.03μmol·L~(-1)-5.12μmol·L~(-1),檢出限為12 nmol·L~(-1),加標(biāo)回收率為97.1-102.5%,說明g-C_3N_4/CuO/GCE可較好地用于實(shí)際分析檢測。在多種干擾物存在的條件下,能夠選擇性地檢測壬基酚,具有良好的選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性,表明該傳感器在環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。(3)以N,N-二甲基甲酰胺為剝離溶劑,檸檬酸鈉為剝離助劑,通過超聲剝離石墨烯得到了單層或少數(shù)幾層的石墨烯納米片,通過優(yōu)化超聲時(shí)間、石墨烯濃度和磷酸緩沖溶液pH,成功構(gòu)建了高性能的四溴雙酚A(TBBPA)電化學(xué)傳感器。結(jié)果表明:剝離后的石墨烯修飾的玻碳電極阻抗更小,具有更快的電子傳遞速率。采用差分脈沖伏安法(DPV),在0.1 mol·L~-11 PBS(pH=6.5)中,測得TBBPA的線性范圍為0.1μmol·L~(-1)-14μmol·L~(-1)和檢出限為5×10~(-8) mol·L~(-1),將其應(yīng)用于實(shí)際水樣的檢測,其加標(biāo)回收率為98%~101%。該電化學(xué)傳感器不僅表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性和靈敏度,而且還具有較好的選擇性和穩(wěn)定性。
【圖文】：

材料種類繁多，在科學(xué)研究中常涉及的碳納米材納米管等。碳的改性及其應(yīng)用化碳(C3N4)的研究起源于上世紀(jì) 20 年代，它是一種eter 和 Hemley 計(jì)算得出 C3N4有 5 種結(jié)構(gòu)，其中，4)在常溫下穩(wěn)定性最好。g-C3N4的二維平面層(由 德華力疊加在一起[1](如圖 1.1)。作為一種低成本以簡單、環(huán)境友好的方式大規(guī)模合成。各種含氮作前體，如三聚氰胺[2]，尿素[3]和氰亞胺[4]。g-C3壓法、氣相沉積法、熱解法和溶劑熱法等。2006化領(lǐng)域[5,6]。Wang 等[7]首次將 g-C3N4用于可見光相氮化碳已成為光催化驅(qū)動(dòng)產(chǎn)氫的重要材料。

常見的 g-C3N4的改性方法有摻雜改性、復(fù)合改。明，g-C3N4應(yīng)用于光催化中存在一些缺陷，比如，率較高，比表面積較小，量子效率較低等。因此，催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。摻雜改性可分為金屬摻雜和非無金屬的碳材料，將金屬摻雜入g-C3N4可提高電子光催化性能的表面缺陷。Wang 等[9]用雙氰胺和氯化高溫條件下合成 Fe/g-C3N4納米復(fù)合材料。由 XPS Fe-N 鍵，UV-vis 分析表明 Fe 摻雜之后納米材料光非金屬(主要有ⅤA-ⅦA 族元素如 C、N、O、F、S C3N4的能帶間隙降低，，又使其光吸收性能提高，進(jìn)。Liu 等[10]報(bào)道了 S 晶體摻雜 g-C3N4(圖 1.2),摻雜Sx(帶隙為 2.85 eV)熒光發(fā)射光譜峰位置藍(lán)移。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.1;TB383.1

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本文編號：2633048