本文關(guān)鍵詞：新型類石墨氮化碳納米復(fù)合材料的制備及在環(huán)境激素檢測中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 類石墨氮化碳納米復(fù)合材料 電化學(xué) 傳感器 環(huán)境激素

【摘要】：數(shù)百種化學(xué)物已被證實(shí)或懷疑具有內(nèi)分泌干擾作用,被稱為環(huán)境激素(Environmental hormone,簡稱EH),尤其是雙酚A(bisphenol A,BPA)、五氯酚(pentachlorophenol,PCP)、對(duì)硝基苯酚(paranitrophenol,PNP)以及辛基酚(octylphenol,OP)等一系列環(huán)境激素可在水體和土壤等環(huán)境介質(zhì)中長期殘留,難以降解,且容易聚集在生物體內(nèi),通過空氣循環(huán)和食物鏈等方式進(jìn)入人體,對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生極大的危害,所以越來越多的人致力于環(huán)境激素的高效篩選和檢測的研究。常規(guī)的分析方法已經(jīng)很難滿足人們對(duì)環(huán)境激素的檢測要求,而電化學(xué)方法因其操作簡單、成本低廉、選擇性好、靈敏度高、樣品前處理過程簡單等特點(diǎn)而備受關(guān)注。聚合物半導(dǎo)體石墨相氮化碳因其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,而且還具備化學(xué)組成和能帶結(jié)構(gòu)易調(diào)控等特點(diǎn),引起了人們的廣泛關(guān)注。本文采用簡單的合成工藝制備了三種新型的類石墨氮化碳納米復(fù)合材料,并將其制作成電化學(xué)傳感器,建立了BPA、PCP、PNP以及OP等環(huán)境激素的分析方法。具體工作內(nèi)容如下:(1)采用簡單的一步熱分解法制備出具有高電催化活性的Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)、比表面積及阻抗的分析結(jié)果,說明鈷的摻雜量和煅燒溫度在Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料形成時(shí)起著關(guān)鍵作用。和g-C_3N_4相比,在鈷摻雜量為0.8%以及煅燒溫度為500?C下合成的Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料具有較高比表面積、小的阻抗,窄的帶隙能,能夠增加環(huán)境激素在其表面的吸附量,加快電子在電解質(zhì)與界面之間轉(zhuǎn)移的速率。此外,Co_3O_4/g-C_3N_4異質(zhì)結(jié)還表現(xiàn)出低的平帶電位、高的施子密度和高含量吡啶-N,這些都有利于改善材料的氧化還原能力,表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境激素高的電催化活性。分析結(jié)果表明,BPA、PCP、PNP和OP具有較寬的線性范圍(5.0 nmol L~(-1)到12μmol L~(-1))和較低的平均檢測限(2 nmol L~(-1),S/N=3)。因此,基于Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料,建立了一個(gè)簡單、快速分析水樣中環(huán)境激素的方法。同時(shí),提出了一個(gè)Co_3O_4/g-C_3N_4電催化活性增強(qiáng)的可能機(jī)理。(2)采用溶劑熱法合成了硫化鋅納米片(ZnS),與g-C_3N_4納米片復(fù)合制備了新型的ZnS/g-C_3N_4納米復(fù)合材料,并成功地制備了ZnS/g-C_3N_4/DNA/GCE電極,在pH 6.5的磷酸鹽緩沖液體系中對(duì)壬基酚(NP)和五氯酚(PCP)有較高的電化學(xué)響應(yīng)。結(jié)果表明,該修飾電極在優(yōu)化條件下,對(duì)NP和PCP具有較高的電催化效應(yīng),NP濃度在10 nmol L~(-1)到20μmol L~(-1),PCP濃度在10 nmol L~(-1)到10μmol L~(-1)的范圍內(nèi),氧化峰電流與NP和PCP濃度呈線性關(guān)系,最低檢測限均為3.3 nmol L~(-1)。ZnS/g-C_3N_4/DNA/GCE電極具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,用于實(shí)際水樣中NP和PCP的檢測,獲得了滿意的結(jié)果。(3)通過一步熱解三聚氰胺和NiCl_2·6H_2O混合物,制備出立方相氧化鎳和立方相鎳共摻雜的新型類石墨氮化碳納米復(fù)合材料(NiO-Ni-g-C_3N_4),并成功地制備了NiO-Ni-g-C_3N_4/GCE電極,在紅外光輻照下可靈敏的檢測OP。采用循環(huán)伏安法(cyclic voltammetry,CV)和差分脈沖法(differential pulse voltammetry,DPV)研究了OP在該電極上的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NiO-Ni-g-C_3N_4/GCE電極對(duì)OP具有較強(qiáng)的電催化活性,OP的濃度在10 nmol L~(-1)到1μmol L~(-1)和1μmol L~(-1)到50μmol L~(-1)的范圍內(nèi)與其氧化峰電流呈良好的線性關(guān)系,檢測限可低至3.3 nmol L~(-1)(S/N)=3。該方法可用于實(shí)際水體中OP的測定。
【關(guān)鍵詞】：類石墨氮化碳納米復(fù)合材料 電化學(xué) 傳感器 環(huán)境激素
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O657.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-42
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 g-C_3N_4材料改性研究的狀況及應(yīng)用進(jìn)展15-38
• 1.2.1 改性研究15-33
• （1） 摻雜15-17
• （2） 貴金屬沉積17-19
• （3） 化合物復(fù)合19-25
• （4） 表面修飾25-26
• （5） 形貌改性26-33
• 1.2.2 g-C_3N_4復(fù)合材料的應(yīng)用33-38
• （1） 光催化應(yīng)用33-36
• （2） 電催化應(yīng)用36-38
• 1.3 環(huán)境激素檢測研究現(xiàn)狀38-39
• 1.4 本工作意義和主要研究內(nèi)容39-42
• 第2章 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備及在環(huán)境激素檢測中的應(yīng)用42-62
• 2.1 引言42
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑42-44
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器42-43
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑43-44
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 2.3.1 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備44
• 2.3.2 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料修飾電極的制備44-45
• 2.4 結(jié)果與討論45-61
• 2.4.1 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料合成條件的影響45-50
• （1） 鈷摻雜量的影響45-48
• （2） 煅燒溫度的影響48-50
• 2.4.2 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料表征50-56
• （1） 形貌和結(jié)構(gòu)50
• （2） 元素分布圖50-51
• （3） XPS分析51-53
• （4） Raman53-54
• （5） UV-vis DRS圖譜分析和Mott-Schottky曲線54-56
• 2.4.3 電化學(xué)應(yīng)用56-61
• （1） 不同酚類在Co_3O_4/g-C_3N_4/GCE電極上的電化學(xué)行為56-57
• （2） 修飾電極的交流阻抗特性57-58
• （3） 線性范圍和檢出限58-60
• （4） 電化學(xué)增強(qiáng)的機(jī)理60-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 第3章 ZnS/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備及在壬基酚和五氯酚檢測中的應(yīng)用62-82
• 3.1 引言62-63
• 3.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑63-64
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器63
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑63-64
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法64-66
• 3.3.1 ZnS/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備及表征64-65
• 3.3.2 ZnS/g-C_3N_4GCE電極的制備65-66
• 3.4 結(jié)果與討論66-80
• 3.4.1 ZnS/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的表征66-70
• （1） TEM和EDS分析66-67
• （2） AFM分析67
• （3） XRD圖譜分析67-68
• （4） XPS圖譜68-69
• （5） DRS分析69-70
• 3.4.2 ZnS/g-C_3N_4/GCE電極的電化學(xué)應(yīng)用70-80
• （1） NP和PCP在不同電極上的響應(yīng)70-71
• （2） 鯡魚精DNA的影響71-72
• （3） 支持電解質(zhì)的影響72-73
• （4） pH影響73-74
• （5） 修飾劑用量74-75
• （6） 修飾方式75-77
• （7） 掃描速度的影響77-78
• （8） 線性范圍78-79
• （9） 樣品的檢測及加標(biāo)回收79
• （10） 電極的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性79-80
• 3.5 本章小結(jié)80-82
• 第4章 NiO-Ni-g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備以及在辛基酚檢測中的電化學(xué)應(yīng)用82-98
• 4.1 引言82-83
• 4.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑83-84
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器83
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑83-84
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法84-85
• 4.3.1 NiO-Ni-g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備84
• 4.3.2 NiO-Ni-g-C_3N_4/GCE電極的制備84-85
• 4.3.3 辛基酚電化學(xué)循環(huán)伏安測定85
• 4.4 結(jié)果與討論85-97
• 4.4.1 NiO-Ni-g-C_3N_4納米復(fù)合材料的表征85-90
• （1） XRD分析85-86
• （2） Raman分析86-87
• （3） XPS分析87-88
• （4） 形貌表征88-89
• （5） DRS分析89-90
• 4.4.2 電化學(xué)應(yīng)用90-97
• （1） OP在不同電極上的響應(yīng)和光照影響90-92
• （2） pH影響92-93
• （3） 富集時(shí)間和富集電位93
• （4） 光照時(shí)間影響93-94
• （5） 掃速及線性94-95
• （6） 分析應(yīng)用95-96
• （7） 干擾實(shí)驗(yàn)96-97
• （8） 電極的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性97
• 4.5 本章小節(jié)97-98
• 第5章 結(jié)論與展望98-100
• 5.1 結(jié)論98-99
• 5.1.1 Co_3O_4/g-C_3N_4納米復(fù)合材料98
• 5.1.2 ZnS/g-C_3N_4納米復(fù)合材料98-99
• 5.1.3 NiO-Ni/g-C_3N_4納米復(fù)合材料99
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)99
• 5.3 展望99-100
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文100-101
• 參考文獻(xiàn)101-116
• 致謝116

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