本文關(guān)鍵詞：高密度石墨烯電化學(xué)傳感材料的制備與應(yīng)用

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【摘要】：石墨烯是以sp2雜化碳原子緊密排列成蜂窩狀的二維晶體,具有獨特的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。然而,石墨烯片層間存在強的π-π作用及范德華力,易發(fā)生堆集而回歸到石墨狀態(tài),造成性能的部分喪失。凝膠化是克服上述問題的有效方法,但現(xiàn)有技術(shù)僅能得到超輕的石墨烯凝膠。超輕的特性導(dǎo)致差的電子傳導(dǎo)性和機械強度,這主要歸結(jié)于稀疏的石墨烯片層和脆的骨架結(jié)構(gòu),極大地限制了它在諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。我們設(shè)計了一種新的多重凝膠法,制備出高密度石墨烯凝膠,并成功應(yīng)用于電化學(xué)傳感器。超聲分散氧化石墨于去離子水中形成氧化石墨烯分散液,加入L-抗壞血酸促進氧化石墨烯還原,部分還原的氧化石墨烯自組裝產(chǎn)生氧化石墨烯水凝膠,然后冷凍干燥得到石墨烯氣凝膠;用鋼針在氣凝膠頂部自上而下刺孔,打通凝膠內(nèi)部的封閉孔。將此氣凝膠轉(zhuǎn)移至另一小瓶,此小瓶內(nèi)部空間正好與氣凝膠的外部尺寸一致。從小孔引入氧化石墨烯分散液,按上述方法進行第二次氧化石墨烯凝膠化反應(yīng)得到二重石墨烯氣凝膠;重復(fù)以上操作制備多重高密度石墨烯凝膠,最后在Ar/H2氣氛中高溫煅燒得到高密度石墨烯氣凝膠。研究表明,新的石墨烯網(wǎng)是在舊的石墨烯網(wǎng)中原位形成,隨著氧化石墨凝膠化次數(shù)的增多,石墨烯傳導(dǎo)網(wǎng)變得更密。因此,多重石墨烯凝膠較傳統(tǒng)石墨烯凝膠具有高的密度、電子傳導(dǎo)性和機械強度。更為有趣的是,多重石墨烯氣凝膠電化學(xué)行為可通過改變氧化石墨烯凝膠化次數(shù)實現(xiàn)有效的調(diào)控。采用種子生長法合成“星形”金納米粒子,然后將金納米粒子與高密度石墨烯凝膠復(fù)合制得多重高密度石墨烯凝膠/金納米星雜合物。此復(fù)合物作為傳感材料修飾于玻碳電極表面得到電化學(xué)傳感器,并應(yīng)用于酚類和多巴胺的電化學(xué)檢測。在1 mM的鐵氰化鉀溶液中電子轉(zhuǎn)移速率達到15.3296±0.13 s-1,根據(jù)循環(huán)伏安法(CV)和差分脈沖伏安法(DPV)分析了鄰苯二酚、對苯二酚的線性關(guān)系,線性區(qū)間分別為1×10-9~9×10-5 M和1.0×10-9~9×10-5 M,檢出限分別為4.3×10-10 M和2.1×10-10 M(S/N=3)。同時又分析了多巴胺線性關(guān)系,線性區(qū)間為8×10-7~3×10-4 M,檢測限為2.7×10-7 M(S/N=3),回收率在96.8%~103.2%。在氧化石墨烯分散液中引入線性高分子聚乙烯亞胺(2%~3%),采用多重凝膠法制備氮摻雜高密度石墨烯凝膠。結(jié)果顯示,摻氮改善了材料的親水性,接觸角由103.2°減小到73.0°。以氮摻雜多重石墨烯凝膠和金納米星粒子為傳感材料、萄葡糖氧化酶為識別因子構(gòu)建葡萄糖生物傳感器。該傳感器對葡萄糖溶液的線性響應(yīng)濃度范圍在1.0×10-5~1.0×10-3 M之間,其檢測限為3.3×10-6 M。方法具有良好的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性,已成功用于血液樣品中微量葡萄糖分析。
【關(guān)鍵詞】：高密度石墨烯凝膠 金納米星 鄰苯二酚 對苯二酚 多巴胺 葡萄糖氧化酶
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.1;O613.71
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 符號說明9-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 石墨烯的制備方法11-13
• 1.1.1 化學(xué)氧化還原法11-12
• 1.1.2 機械剝離法12
• 1.1.3 化學(xué)氣相沉積法12-13
• 1.1.4 外延生長法（加熱SiC）13
• 1.2 石墨烯凝膠的制備13-17
• 1.2.1 水熱法原位制備14-15
• 1.2.2 化學(xué)還原組裝制備15-16
• 1.2.3 誘導(dǎo)法制備16
• 1.2.4 模板法制備16-17
• 1.3 石墨烯復(fù)合材料17-19
• 1.3.1 共混法18
• 1.3.2 原位結(jié)晶法18-19
• 1.4 石墨烯凝膠的改性19-22
• 1.4.1 石墨烯凝膠的活化20-21
• 1.4.2 氮摻雜石墨烯凝膠21-22
• 1.4.3 石墨烯凝膠/聚合物摻雜22
• 1.5 選題依據(jù)和研究的意義22-23
• 1.5.1 目前石墨烯研究的現(xiàn)狀22-23
• 1.5.2 課題意義23
• 1.6 擬開展的工作23-25
• 第二章 高密度石墨烯凝膠的制備25-36
• 2.1 實驗部分25-29
• 2.1.1 試劑及儀器25-26
• 2.1.2 氧化石墨的制備及過程分析26-27
• 2.1.3 高密度石墨烯凝膠的制備及過程分析27-29
• 2.2 高密度石墨烯凝膠密度計算29
• 2.3 結(jié)果與討論29-34
• 2.3.1 機械強度分析29-30
• 2.3.2 電阻分析30-31
• 2.3.3 掃描電鏡分析31-32
• 2.3.4 拉曼光譜分析32
• 2.3.5 比表面分析32-33
• 2.3.6 紅外光譜分析33-34
• 2.3.7 X-射線衍射分析34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第三章 HDGA/GNSs復(fù)合材料制備36-44
• 3.1 實驗部分36-37
• 3.1.1 試劑及儀器36-37
• 3.1.2 金納米星的制備37
• 3.1.3 HDGA/GNSs復(fù)合材料的制備37
• 3.2 結(jié)果與討論37-43
• 3.2.1 金納米星表征37-40
• 3.2.2 HDGA/GNSs復(fù)合材料的表征40-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第四章 HDGA/GNSs修飾電極制備及在鄰、對苯二酚傳感器上的應(yīng)用44-51
• 4.1 實驗部分44-45
• 4.1.1 試劑及儀器44
• 4.1.2 高密度石墨烯凝膠/金納米星修飾電極制備44-45
• 4.2 結(jié)果與討論45-50
• 4.2.1 傳感器的電化學(xué)性質(zhì)45-46
• 4.2.2 電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)Ks的測定46-47
• 4.2.3 鄰苯二酚、對苯二酚傳感器響應(yīng)47-49
• 4.2.4 重現(xiàn)性及干擾49-50
• 4.2.5 實際樣品測定50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 HDGA/GNSs修飾電極在多巴胺傳感器上的應(yīng)用51-58
• 5.1 實驗部分51
• 5.1.1 試劑及儀器51
• 5.2 結(jié)果與討論51-57
• 5.2.1 傳感器的電化學(xué)性質(zhì)51-53
• 5.2.2 傳感器對多巴胺的電化學(xué)響應(yīng)53-54
• 5.2.3 不同掃描速率對多巴胺的電化學(xué)響應(yīng)54-55
• 5.2.4 pH對多巴胺的電化學(xué)響應(yīng)55
• 5.2.5 傳感器的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性及干擾實驗55-56
• 5.2.6 實際樣品測定56-57
• 5.3 本章總結(jié)57-58
• 第六章 N-HDGA/GNSs復(fù)合材料的制備及在葡萄糖生物傳感器上的應(yīng)用58-66
• 6.1 實驗部分58-59
• 6.1.1 試劑及儀器58-59
• 6.1.2 N-HDGA/GNSs復(fù)合材料的制備59
• 6.1.3 葡萄糖生物傳感器制備59
• 6.2 結(jié)果與討論59-65
• 6.2.1 摻氮的高密度石墨烯凝膠表征59-61
• 6.2.2 葡萄糖生物傳感器電學(xué)性質(zhì)61-64
• 6.2.3 穩(wěn)定性和重現(xiàn)性64
• 6.2.4 實際樣品測定64-65
• 6.3 本章總結(jié)65-66
• 主要結(jié)論與展望66-68
• 主要結(jié)論66-67
• 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-76
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文76

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本文編號：563336