本文關(guān)鍵詞：多級(jí)結(jié)構(gòu)銅鈷鎳復(fù)合電極制備及其應(yīng)用于高靈敏度葡萄糖傳感器的研究

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【摘要】：葡萄糖的快速檢測(cè)在醫(yī)療衛(wèi)生,食品和生物工業(yè)具有重要意義,電化學(xué)傳感器因其體積小、成本低、檢測(cè)快,是一種有前景的檢測(cè)器件。納米電極材料在應(yīng)用于葡萄糖檢測(cè)時(shí),得益于其高的比表面積和豐富的活性缺陷位,展現(xiàn)了靈敏度高、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。本論文通過(guò)在導(dǎo)電基底上原位生長(zhǎng)有序結(jié)構(gòu)的納米電極材料能夠改善被測(cè)目標(biāo)物和電解質(zhì)的傳質(zhì)過(guò)程,有助于提高電極材料的機(jī)械強(qiáng)度,而且避免了粘結(jié)劑的使用,改善了不同納米個(gè)體之間電子傳導(dǎo)的“瓶頸效應(yīng)”。本論文以三維結(jié)構(gòu)的多孔泡沫鎳(Ni_(foam))為基底,分別通過(guò)高溫氧化法與電化學(xué)沉積法原位生長(zhǎng)(負(fù)載)了Cu或Co的金屬單質(zhì)、氧化物或氫氧化物的納米多級(jí)結(jié)構(gòu)材料后作為催化氧化葡萄糖的工作電極,將靈敏度從文獻(xiàn)中數(shù)mAΛmM~(-1)·cm~(-2)提高到10～40 mA·mM~(-1)·cm~(-2)。本文首先在CuSO_4-H_2SO_4介質(zhì)中,通過(guò)電沉積法在泡沫鎳基底上沉積了銅單質(zhì),然后通過(guò)空氣氛圍中的高溫氧化熱處理,在電極表面原位生長(zhǎng)了高密度的氧化銅納米線(CuONWs),SEM測(cè)試結(jié)果表明CuONWs的長(zhǎng)徑比高達(dá)600。該電極于1M KOH電解質(zhì)中在0.5 V(vs.SCE)電位下對(duì)葡萄糖的響應(yīng)靈敏度高達(dá)14.87 mA.cm~(-2)·mM~(-1),線性范圍為1μM-405 μM,檢測(cè)限為0.827μM(S/3)。然后,本文以泡沫鎳為基底通過(guò)電沉積法在CoSO_4-(NH_4)_2SO_4 CoSO_4-(MH_4)_2SO_4中電沉積負(fù)載樹(shù)枝狀納米銅(Cu dendrite)和高密度的氧化鈷納米片(Co(OH)_2Nfs)。電極于0.1 MKOH電解質(zhì)中在0.5 V(vs.SCE)電位下對(duì)10μM葡萄糖的響應(yīng)靈敏度分別達(dá)到22.86和21.08mAΛcm~(-2)ΛmM~(-1)。最后,本文在CuSO_4-CoSO_4-(NH_4)_2SO_4溶液中,通過(guò)簡(jiǎn)單可控的一步電沉積法在泡沫鎳基底上原位沉積了氫氧化鉆納米片和納米銅粒子復(fù)合電極材料(Co(OH)_2Nfs/CuNps/Ni_(foam))。對(duì)不同沉積時(shí)間后的電極材料結(jié)合SEM、XPS、EM進(jìn)行分析表征,表明該一步電沉積法過(guò)程的初始階段發(fā)生的是CuNps的電化學(xué)還原沉積,然后發(fā)生的是析氫誘導(dǎo)的Co(OH)_2的沉積反應(yīng),同時(shí)伴隨CuNps的電化學(xué)還原沉積過(guò)程。初期沉積的CuNps不僅有利于提高泡沫鎳基底的粗糙度,提高了后期負(fù)載Co(OH)_2納米片的接觸面積和牢固性,也有利改善電子傳導(dǎo)。同時(shí),后期共沉積的Cu則進(jìn)一步改善了導(dǎo)電性差的Co(OH)_2納米片個(gè)體間的電子傳導(dǎo)能力。而厚度約為5 nm,二維尺度達(dá)到600～700 nm的Co(OH)_2納米片相互交錯(cuò),構(gòu)建的納米孔有利于葡萄糖、電解質(zhì)分子的傳質(zhì),也是后期負(fù)載的CuNps優(yōu)良載體,而兩種納米結(jié)構(gòu)的相互滲透提高了納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。得益于金屬與氫氧化物之間以及所構(gòu)筑的微納多級(jí)結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同效應(yīng),Co(OH)_2 Nfs/CuNps/Ni_(foam)在葡萄糖測(cè)試中,展現(xiàn)了極高的靈敏度,對(duì)10μM葡萄糖的響應(yīng)靈敏度高達(dá)42.49mA·cm~(-2)·mM~(-1)。線性范圍和檢測(cè)限分別為1μM-550μM0.273μM。此外,不同批次的Co(OH)_2Nfs/CuNps/Nifram電極對(duì)葡萄糖測(cè)試時(shí)具備良好的平行性,對(duì)血液、腹膜透析液中的常見(jiàn)干擾物展現(xiàn)了良好的抗干擾性(干擾性5%),表明本文所構(gòu)筑的Co(OH)_2Nfs/CuNps/Ni_(foam)是一種優(yōu)良的無(wú)酶葡萄糖傳感器工作電極。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O657.1
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本文編號(hào)：1152694