【摘要】：納米半導(dǎo)體材料具有較好的生物相容性以及較高的光電化學(xué)活性,是構(gòu)建新型電化學(xué)以及光電化學(xué)傳感器的熱門材料。然而納米半導(dǎo)體材料的光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率較高,光電化學(xué)活性還有很大的提升空間。石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的新型二維碳納米材料,具有極好的導(dǎo)電性,可以顯著抑制納米半導(dǎo)體光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合,從而提高納米半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)活性。本論文基于納米半導(dǎo)體材料(Ti02、量子點(diǎn)),結(jié)合液相沉積技術(shù)、層層組裝技術(shù)、分子印跡技術(shù)構(gòu)建了高性能電化學(xué)傳感器和光電化學(xué)傳感器,并利用石墨烯對(duì)納米半導(dǎo)體材料進(jìn)行改性以提高光電化學(xué)傳感器的性能,成功地用于環(huán)境污染物的高靈敏檢測(cè)。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)利用液相沉積(LPD)技術(shù),將血紅蛋白(Hb)固定在Ti02膜電極內(nèi),制備了具有生物活性和光電活性的雙功能電極,用以研究Hb的直接電化學(xué)。通過(guò)液相沉積過(guò)程,Hb與Ti02、十二烷基磺酸鈉(SDS)被同時(shí)沉積固定在玻碳電極表面構(gòu)成LPD Hb/SDS/TiO2復(fù)合膜。循環(huán)伏安表征顯示復(fù)合膜內(nèi)的Hb與電極之間的電子傳遞速率得到了顯著提高,Hb的一對(duì)可逆氧化還原峰和Ti02的特征峰清晰地顯現(xiàn)�；贖b對(duì)H202的電催化活性,LPD Hb/SDS/TiO2復(fù)合膜可作為檢測(cè)H202的電化學(xué)傳感器,線性范圍是5.0×10--4.0×10-5molL-1,檢測(cè)限(3倍信噪比)為8.7x10-8mol L-1。同時(shí),此LPD Hb/SDS/TiO2復(fù)合膜還保留了TiO2的光電化學(xué)活性,在長(zhǎng)時(shí)間紫外光照射后,LPD Hb/SDS/TiO2復(fù)合膜的電化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化,其對(duì)H2O2的電催化響應(yīng)靈敏度得到了顯著提升。 (2)采用水相加熱法合成了水溶性CdS量子點(diǎn)(CdS QDs),結(jié)合層層組裝技術(shù),將CdS QDs和DNA固定在石墨電極表面生成CdS QDs/DNA復(fù)合膜。由于DNA與亞甲基藍(lán)(MB)之間有很強(qiáng)的相互作用,CdS QDs/DNA復(fù)合膜對(duì)MB的可見(jiàn)光電響應(yīng)與CdS QDs薄膜相比有了大幅提高,由此構(gòu)建一種基于CdS QDs/DNA復(fù)合膜的光電化學(xué)傳感器檢測(cè)MB。該傳感器對(duì)MB的線性響應(yīng)范圍是3.0×10-8-3.0×10-6mol L-,檢測(cè)限(3倍信噪比)為1.4×10-8molL-1。傳感器的靈敏度較高,具有良好的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性,對(duì)一些染料也具有一定的選擇性。 (3)基于CdS量子點(diǎn)與石墨烯(GR)復(fù)合納米材料,結(jié)合分子印跡(MIP)技術(shù),構(gòu)建了一種新型的MIP/CdS QDs-GR/FTO修飾電極可見(jiàn)光電化學(xué)傳感器,用于4-氨基酚檢測(cè)研究。電化學(xué)阻抗圖譜顯示,GR的摻雜能夠顯著促進(jìn)CdS QDs薄膜的導(dǎo)電性,CdS QDs薄膜的光電化學(xué)響應(yīng)隨著GR的摻入有了大幅提高。在CdSQDs-GR復(fù)合膜表面沉積一層4-氨基酚的MIP,由于MIP與4-氨基酚之間存在相互作用,MIP/CdS QDs-GR復(fù)合膜對(duì)4-氨基酚的光電化學(xué)響應(yīng)較CdS QDs-GR復(fù)合膜有了明顯的提升,因此MIP/CdS QDs-GR復(fù)合膜可作為光電化學(xué)傳感器檢測(cè)4-氨基酚。傳感器的線性范圍是5.0×10-8-3.5×10-6molL-1,檢測(cè)限(3倍信噪比)為2.3×10-8mol L-1。此外,MIP/CdS QDs-GR復(fù)合膜具有很強(qiáng)的選擇性�；贛IP/CdS QDs-GR的可見(jiàn)光電化學(xué)傳感器可快速檢測(cè)4-氨基酚,具備靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)。 (4)制備了CdS量子點(diǎn)、DNA和原位石墨烯(PGR)修飾FTO電極,構(gòu)建了鄰苯二酚的高靈敏可見(jiàn)光電化學(xué)傳感器。該復(fù)合膜修飾電極兼具CdS QDs的光電化學(xué)活性和DNA的生物化學(xué)活性,利用DNA與鄰苯二酚間的作用,將DNA固定到膜電極表面可顯著提高CdS QDs對(duì)鄰苯二酚的光電響應(yīng)。EIS圖譜顯示隨著PGR的加入CdS QDs-DNA薄膜的導(dǎo)電性能得到大幅提升,有利于進(jìn)一步提高電極的光電流；與CdS QDs-DNA膜相比,CdS QDs-DNA-PGR復(fù)合膜電極對(duì)鄰苯二酚的光電響應(yīng)提高了50倍以上。在此CdS QDs-DNA-PGR光電化學(xué)傳感器上,鄰苯二酚的線性響應(yīng)范圍是1.0×10-8-1.0×10-6mol L-1,檢測(cè)限(3倍信噪比)達(dá)4.9×10-9molL-1。此CdS QDs-DNA-PGR光電化學(xué)傳感器被成功地用于實(shí)際水樣中的痕量鄰苯二酚的檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X830;TP212.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2634957