發(fā)布時間：2020-08-19 09:19

【摘要】：碳納米材料因其具有大的比表面積、高的導電性和電子遷移率、以及優(yōu)異的機械力學性能而受到電化學工作者的廣泛關(guān)注。同時,碳納米材料還具有寬的電化學窗口,強的電化學穩(wěn)定性以及高的電催化活性等電化學特性。所以,以石墨烯為代表的碳納米材料如:碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)、還原氧化石墨烯(RGO)和氮摻雜石墨烯(NGR)在電化學傳感器應(yīng)用領(lǐng)域中備受關(guān)注。而提升碳納米材料在電化學方面的應(yīng)用范圍主要途徑有:一方面,通過原子摻雜可以調(diào)控石墨烯的能帶結(jié)構(gòu),如(氮摻雜石墨烯)提高了其電催化性能;另一方面,碳納米材料也常常通過與其它功能材料復合進一步改善其可分散性和可加工性能來提高其電催化活性和電化學選擇性。隨著對宏量廉價碳納米材料的制備方法及功能化的深入研究,碳納米材料基二元復合材料成為了各個領(lǐng)域工作者的研究熱點。本論文主要以碳納米材料為基底負載CuFeO2、Co3O4、二茂鐵衍生物等構(gòu)建復合材料,旨在改善無機材料的電子轉(zhuǎn)移速率和穩(wěn)定性,利用其與碳納米材料的協(xié)同作用構(gòu)建新型電化學傳感器,并對多巴胺、尿酸、抗壞血酸和亞硝酸根離子的電催化活性進行了研究。論文綜述部分總結(jié)了近幾年石墨烯的制備方法、功能化手段及其復合材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用,論文主體部分主要包括以下三個方面:(1)探索以GO及NGR為基底構(gòu)建CuFeO2@RGO和CuFeO2@NGR復合材料,并構(gòu)建新型電化學傳感器檢測亞硝酸根離子。以GO為基底用簡單的溶劑熱法制備新型復合材料CuFeO2@RGO和CuFeO2@NGR,并嘗試對合成方法進一步優(yōu)化,構(gòu)建新型電化學傳感器檢測亞硝酸根離子。結(jié)果表明,合成的CuFeO2@NGR新型復合材料相對于單一材料對NO2-具有更強的電催化能力,同時,復合材料對亞硝酸根離子表現(xiàn)出良好的電化學性能:寬的線性范圍、低的檢測限、高的靈敏度。另一方面,合成的新型復合材料CuFeO2/RGO修飾玻碳電極檢測NO2-實驗結(jié)果表明,該復合材料也比單一材料具有更優(yōu)異的電催化效果,而且亞硝酸鹽濃度與峰電流在0.1μM-100μM之間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,并具有低的檢測限(0.03μM,S/N=3)及良好的選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。另外,分別將兩種修飾電極用于實際樣品中生物分子的測量取得了令人滿意的結(jié)果,兩種修飾電極優(yōu)異的性能主要歸因于石墨烯材料和CuFeO2之間的協(xié)同作用。(2)基于氧化石墨烯合成Co3O4 NPs/RGO并構(gòu)建新型電化學傳感器檢測亞硝酸根離子。用水熱法合成新型Co3O4 NPs/RGO納米復合材料并檢測亞硝酸鹽。循環(huán)伏安實驗結(jié)果表明Co3O4 NPs/RGO/GCE相對于Co3O4 NPs/GCE對NO2-催化活性提高了近7.6倍。安培電流法實驗結(jié)果表明,Co3O4 NPs/RGO/GCE對亞硝酸根離子表現(xiàn)出良好的電化學性能:寬的線性范圍(0.1μM-67.7μM)、低的檢測限(0.03μM,S/N=3)和高的靈敏度(27.4μA·mM-1)。該修飾電極優(yōu)異的性能主要歸因于比表面積大的石墨烯提高了Co3O4 NPs的催化活性及其穩(wěn)定性,同時,石墨烯和Co3O4之間的協(xié)同作用也提高整體催化效果。另外,將該修飾電極用于實際樣品中生物分子的測量也取得了令人滿意的結(jié)果。(3)基于二茂鐵功能化的碳納米復合材料的合成及構(gòu)建新型電化學傳感器應(yīng)用于檢測多巴胺、抗壞血酸和尿酸。分別合成了氨基功能化的碳納米管(MWNTs)和氧化石墨烯(GO)并通過紅外、X-射線粉末衍射、能量色散X射線光譜和X-射線光電子能譜等一系列表征。并通過循環(huán)伏安(CV)和示差脈沖的方法(DPV)分析人體中重要的神經(jīng)傳感遞質(zhì)。二茂鐵(Fc)具有良好的導電性、電化學穩(wěn)定性及可逆的氧化還原電對,羧基二茂鐵與氨基化的MWNTs及GO通過酰胺鍵合成的復合材料在同時檢測抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)中表現(xiàn)出了良好的電催化性能,與單一材料相比催化效果最佳。通過DPV檢測結(jié)果表明,AA、DA、UA之間的峰分離度較高,峰電位分別在-170 m V、35 mV、180 mV,避免了峰相互重疊干擾的現(xiàn)象。所以,FcA-MWNTs做為修飾電極可成功地對AA、DA、UA三種分析物進行同時檢測,該修飾電極不僅具有良好的的穩(wěn)定性、重復性、選擇性以及快的響應(yīng)速率,而且成功地應(yīng)用于人體血清、尿液等實際樣品的檢測。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TP212.2
【圖文】：

第一章 緒論第一章：緒論碳納米材料是目前關(guān)注度較高的一種新興材料，以其獨特的尺寸結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的分子間相互作用和吸附作用及光、電、熱性能，而受到越來越多的青睞，在不同領(lǐng)域中都有著非常大的市場潛力。碳納米材料有著豐富的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如圖 1所展示的從零維的富勒烯到一維的碳納米管再到二維的石墨烯（graphene），如圖 2 所示這些結(jié)構(gòu)形態(tài)之間又有著緊密的聯(lián)系。

第一章 緒論第一章：緒論碳納米材料是目前關(guān)注度較高的一種新興材料，以其獨特的尺寸結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的分子間相互作用和吸附作用及光、電、熱性能，而受到越來越多的青睞，在不同領(lǐng)域中都有著非常大的市場潛力。碳納米材料有著豐富的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如圖 1所展示的從零維的富勒烯到一維的碳納米管再到二維的石墨烯（graphene），如圖 2 所示這些結(jié)構(gòu)形態(tài)之間又有著緊密的聯(lián)系。

第一章 緒論和 Allen M.J 等人[39]使用水合肼通過直接制備分散體來改進還原步驟。值得注意的是使用水合肼的時候需要非常小心，因為它具有高毒性和潛在的爆炸性。氧化還原制備石墨烯的方法最大的優(yōu)點是成本較低及可擴展性較大，起始材料是較廉價的石墨，并且該技術(shù)可以容易地按比例放大以產(chǎn)生分散在液體中的克數(shù)量或更大的“化學衍生的石墨烯”。GO 也是其自身適用于復合材料的有趣材料。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 朱振峰;程莎;董曉楠;;石墨烯的制備和應(yīng)用[J];功能材料;2013年21期

2 王閃閃;王全杰;曲家樂;;化學還原法制備石墨烯的研究進展[J];西部皮革;2013年02期

3 吳婉娥;王天生;張澤洋;;溴酸鉀-酸性鉻藍K化學發(fā)光法檢測水中微量NO_2~-[J];分析科學學報;2008年03期

4 李鐵虎,林守麟,郭偉;一種改進的測定水中亞硝酸鹽的FIA停流-分光光度法研究[J];分析科學學報;2004年05期

本文編號：2796911