【摘要】：鉀離子是人體細(xì)胞內(nèi)液的主要陽(yáng)離子,在人體的新陳代謝中發(fā)揮著極其重要的作用,尤其是在血壓調(diào)節(jié)、神經(jīng)肌肉的應(yīng)激性維護(hù)等方面。人體中鉀離子濃度的異常會(huì)導(dǎo)致許多疾病。因此,對(duì)鉀離子的檢測(cè)具有相當(dāng)重要的意義。目前,基于電化學(xué)傳感法檢測(cè)鉀離子所用的電極修飾材料在對(duì)鉀離子的結(jié)合強(qiáng)度和選擇性上有很大限制,導(dǎo)致相對(duì)較高的檢測(cè)限和較窄的檢測(cè)范圍。石墨烯,一種由碳原子緊密堆積形成的二維材料,有著卓越的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)及導(dǎo)熱性能,為此受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和高度重視。但是由于片層間存在較強(qiáng)的范德華力,石墨烯極易發(fā)生團(tuán)聚,從而使其應(yīng)用受到了限制。采用一些功能材料對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾可以得到功能化的石墨烯復(fù)合材料。將石墨烯材料功能化不僅能夠避免石墨烯片層之間發(fā)生團(tuán)聚和重疊,還可以有效的改善石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì),使其顯示出新的性能。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物,具有與石墨烯類似的二維結(jié)構(gòu),只不過氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有大量的含氧官能團(tuán),使其便于進(jìn)行功能化改性。冠醚作為一種主體分子,由于金屬離子直徑和配體內(nèi)腔直徑之間的大小關(guān)系,對(duì)堿金屬和堿土金屬離子具有很高結(jié)合選擇性�；诖�,本論文通過冠醚對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化改性,賦予氧化石墨烯新的性能,并將其應(yīng)用在鉀離子的電化學(xué)傳感檢測(cè)方面。本論文首先以石墨為原材料,利用改進(jìn)的Hummers法制備出氧化石墨,再采用超聲剝離法將其剝離成氧化石墨烯。采用SEM、TEM、AFM、FT-IR、XPS和XRD等測(cè)試手段對(duì)樣品的成分、結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)等情況進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,石墨被高度氧化生成了氧化石墨,氧化石墨經(jīng)超聲剝離生成氧化石墨烯,而且氧化石墨烯片層上含有-OH、-COOH和C-O-C等官能團(tuán),由于大量含氧官能團(tuán)的插入,石墨層間距變大。然后以制備好的氧化石墨烯為前驅(qū)體,通過親核加成反應(yīng)制備出了冠醚功能化氧化石墨烯復(fù)合材料。采用FT-IR,XPS和Raman等方法對(duì)冠醚功能化氧化石墨烯的形貌、組成、結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)進(jìn)行分析表征,結(jié)果表明,氧化石墨烯被1-aza-18-crown-6成功地功能化。最后將制備的冠醚功能化氧化石墨烯復(fù)合材料滴定在玻碳電極上,通過電化學(xué)阻抗法來(lái)檢測(cè)鉀離子。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,冠醚功能化氧化石墨烯修飾電極對(duì)鉀離子響應(yīng)的線性范圍是10~(-7)-10~(-13) M,標(biāo)準(zhǔn)曲線方程是Y=143.928X+2633.857,相關(guān)系數(shù)為R~2=0.983,其檢測(cè)下限為10~(-15) M,遠(yuǎn)低于采用其他方法及電極修飾材料測(cè)試得到的檢測(cè)下限。本論文通過冠醚對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化改性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉀離子的超高靈敏度檢測(cè)。通過選擇合適的冠醚,該方法可用于合成其他冠醚功能化的氧化石墨烯復(fù)合材料,用來(lái)檢測(cè)其他金屬離子。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;O657.1

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本文編號(hào)：2702129