【摘要】：二十一世紀是信息時代,人們的社會活動主要依靠對信息資源的開發(fā)及獲取、傳輸與處理。傳感器作為感知、獲取及檢測信息的窗口,因此在科學研究中的地位非常重要。電化學法因具有儀器簡單、分析速度快、靈敏度高及穩(wěn)定性好等優(yōu)點而迅速成為研究熱點,并且在化工、醫(yī)藥、生物和環(huán)保領(lǐng)域均有廣泛應用。尺寸在1-100 nm的物體或具有納米結(jié)構(gòu)的材料統(tǒng)稱為納米材料。納米材料具有優(yōu)良的物理化學性能,在電化學、膠體化學、固體化學、配位化學、化學動力學等方面的廣泛應用,為化學研究帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。在各種納米材料中,碳納米材料具有獨特的結(jié)構(gòu),使其具有優(yōu)良的力學性能、電磁性能、光學性能、熱學性能等。炭黑是一種三維的碳材料,與其它碳材料相比,催化性能好,導電性能更加優(yōu)良,成本更加低廉。因此,在電化學研究領(lǐng)域有更廣闊的應用前景。在納米材料中,金屬納米粒子因具有高電子密度、導電特性和催化作用,能與多種生物大分子結(jié)合,且不影響其生物活性,而引起研究者們的興趣。金屬納米粒子比表面積大、自由能高,其修飾電極時,可使電極靈敏度顯著增加。將金屬納米粒子引入修飾電極可以實現(xiàn)對某些物質(zhì)的催化以及快速檢測。樹狀分子內(nèi)部的空腔結(jié)構(gòu)使其具有獨特的性質(zhì),表面具有大量的氨基官能團。以樹狀分子為模板制備的納米材料,不僅穩(wěn)定,而且能夠保持納米粒子的優(yōu)良性能。殼聚糖,作為一種天然高分子,具有良好的生物降解性、生物相容性等多種優(yōu)異物理化學和生物性質(zhì),在眾多領(lǐng)域中得到廣泛地應用。本論文的工作致力于炭黑納米粒子及其復合材料的制備用于電化學應用研究。主要內(nèi)容分以下三個部分:一、Au NPs/CB NPs修飾玻碳電極對PPD(對苯二胺)的電化學測定本工作利用Au NPs/CB NPs復合納米材料作為修飾材料,構(gòu)建了一種新型傳感器用于電化學檢測PPD。通過循環(huán)伏安法、交流阻抗法、方波伏安法等電化學表征,實驗結(jié)果表明,修飾電極Au NPs/CB NPs/GCE可以顯著的增強PPD的氧化峰電流。該方法快速,簡便、靈敏,并且Au NPs/CB NPs/GCE對PPD的檢測線性范圍是4μM~10μM和10μM~100μM,檢出限為1.1μM(S/N=3)。該電化學傳感器在染發(fā)劑中檢測PPD也取得了良好的效果,具有較好的應用前景。二、修飾電極PAMAM/CB NPs/GCE的制備及其對六價鉻的電化學檢測本工作通過共價鍵將PAMAM和CB NPs復合納米材料修飾在電極表面。該復合材料與單純的炭黑相比,很好地提高了六價鉻的電化學信號,并且在線性范圍4 nM~60 nM和60 n M~500μM內(nèi)呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系,檢出限為1 nM(S/N=3)。因此,PAMAM/CB NPs復合納米材料因其制備方法簡易,可以作為一種良好的電極修飾劑,有望得到廣泛的應用。三、鉍納米粒子和炭黑及殼聚糖修飾玻碳電極對鎘離子、鉛離子的電化學測定本工作利用殼聚糖分散CB納米粒子進一步增大修飾電極的活性表面積,通過電沉積方法引入鉍納米粒子,提高了對金屬離子的靈敏度。氧化峰電流與Cd2+待測溶液的濃度在20 n M-100 n M范圍內(nèi),呈線性關(guān)系(R=0.999),檢出限可達5.50 n M(S/N=3)。氧化峰電流與Pb2+待測溶液在4 n M-10 n M和10 n M-100 nM范圍內(nèi),濃度呈線性關(guān)系,檢出限可達0.86 nM(S/N=3)。該傳感器抗干擾性強、重現(xiàn)性好、成本低,并在實際樣品中得到很好的應用。
【圖文】：

圖 2-2. 修飾電極的制備裸玻碳電極（GCE）在置有,0.3 μm Al2O3的麂皮上呈“8”字型進行.05 μm Al2O3打磨，用超純水清洗去除掉表面粘附的 Al2O3，沖洗清次用乙醇、超純水分別進行超聲 2 分鐘，室溫晾干，在鐵氰化鉀溶伏安法測試。取 1 mg 炭黑，(CB)，納米粒子放置于 1 ml DMF 中，充分超聲分散 mgml-1的炭黑，(CB)，粒子分散液。取 6 μL 的炭黑分散液滴于電晾干，制得 CB NPs/GCE。將處理好的電極再置于在 1 mM HAuCl4 M Na2SO4溶液中，在電位為-0.25 V 下進行電沉積，沉積時間為 極表面得到一層 Au，納米粒子（圖 2-2）。

2-3. (a) 裸 GCE；(b) CB NPs/GCE；(c) Au NPs/ CB NPs/GCE;在含 50 μM PPD 和 4 mH2O2的 pH=4.5 HAc-NaAc 溶液中的 CV 圖圖 2-3 顯示了各電極在含 50 μM PPD 和 4 mM H2O2的 pH=4.5 的 HAc-N液中的 CV 曲線。a 曲線中，對苯二胺在 0.335/0.203 V(Epc Epa = 132 mV一對氧化還原峰，氧化還原峰電流的比值約為 1（ipa/ipc= 1），表明對苯二氨基官能團發(fā)生的是轉(zhuǎn)移一個電子的一步氧化反應，在電極上的氧化還原過可逆反應。曲線 b 與 a 相比，對苯二胺在 CB NPs/GCE 的氧化還原峰電流比 GCE 上明顯增加，這主要是由于 CB NPs 粒徑較小，導電性好，用于修飾電極，大程度增加了修飾電極的活性表面積，使電極的導電性增強。曲線 c、b 相比，對苯二胺在 Au NPs /CB NPs/GCE 的氧化還原峰電流都有所增加，是在裸 GCE 上的 4 倍，這是因為金納米粒子不僅粒徑較小有效地增加電極效表面積，，而且富有電子提高了電極表面的電子轉(zhuǎn)移速率。由圖可知，修飾和裸玻碳電極相比，很大程度上提高了對苯二胺的電化學信號。
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O657.1

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本文編號：2553234