本文選題：氧化銅　切入點(diǎn)：葡萄糖　出處：《東北師范大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：葡萄糖傳感器的研究一直是化學(xué)與生物傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),特別是無(wú)酶葡萄糖傳感器具有穩(wěn)定性好和成本低等特點(diǎn)近些年吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注�；谶^(guò)渡金屬氧化物(Co3O4、Ni O、Cu O等)的無(wú)酶葡萄糖傳感器的電極材料由于其具有未填滿的d-軌道以及未成對(duì)的d-電子的特殊電子結(jié)構(gòu)使得該類電極材料具有優(yōu)異的可直接電化學(xué)催化活性,被廣泛用于電化學(xué)催化氧化葡萄糖的研究。其中Cu O作為一種常見的半導(dǎo)體材料,在具有優(yōu)異的電催化活性的同時(shí),還具備了廉價(jià)、無(wú)毒、容易生產(chǎn)等特點(diǎn)受到研究人員的廣泛關(guān)注。眾所周知,Cu O作為電極材料,其電催化活性與自身的氧化還原能力,傳質(zhì)速度,尺寸,以及導(dǎo)電性等有非常密切的關(guān)系。特別是納米結(jié)構(gòu)的Cu O電極材料具有高的比表面積和短的離子擴(kuò)散距離,能夠更好的與葡萄糖分子接觸以及電荷傳遞,進(jìn)而有效地提高電極材料的電催化活性。基于以上考慮,本論文以銅的氧化物為研究對(duì)象,制備具有不同形貌結(jié)構(gòu)的Cu O復(fù)合材料作為無(wú)酶葡萄糖傳感器的電極材料,并研究其在電催化氧化葡萄糖反應(yīng)過(guò)程中影響催化活性的主要因素。我們將圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行具體研究:(1)通過(guò)靜電紡絲和水熱還原法成功的制備了具有超長(zhǎng)一維結(jié)構(gòu)Cu O/Cu_2O復(fù)合納米纖維。這種制備的Cu O/Cu_2O復(fù)合納米纖維具有Cu(II)/Cu(I)多氧化態(tài)體系,大的長(zhǎng)徑比以及超長(zhǎng)一維納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。這不僅有利于氧化還原反應(yīng)的發(fā)生,還有利于增加電極材料和溶液的接觸面積從而降低離子的擴(kuò)散距離實(shí)現(xiàn)電荷的快速轉(zhuǎn)移。因此,Cu O/Cu_2O復(fù)合納米纖維作為無(wú)酶葡萄糖傳感器的電極材料表現(xiàn)出高靈敏度,良好的抗干擾特性以及對(duì)葡萄糖寬濃度的檢測(cè)范圍。(2)通過(guò)真空冷凍干燥技術(shù)以及水熱還原的方法成功制備了Cu O/Cu_2O微納多級(jí)孔材料。所制備的Cu O/Cu_2O微納多級(jí)孔材料具有三維開放的、互相連通的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)以及高的比表面積,這種多級(jí)孔結(jié)構(gòu)不僅有利于溶液的快速流動(dòng),縮短電荷擴(kuò)散長(zhǎng)度進(jìn)而增強(qiáng)電極材料的靈敏度,還有助于提高電極材料和溶液的接觸面積,提供大量的電催化反應(yīng)位點(diǎn)增強(qiáng)對(duì)葡萄糖的電催化氧化能力。其中,通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液中的高分子的濃度來(lái)優(yōu)化Cu O/Cu_2O孔隙結(jié)構(gòu),可以進(jìn)一步提高其對(duì)葡萄糖電催化氧化反應(yīng)能力。此外,通過(guò)水熱還原法將優(yōu)化后的Cu O/Cu_2O三維微納多孔結(jié)構(gòu)部分還原,可以得到含有多價(jià)態(tài)Cu O/Cu_2O復(fù)合三維微納多級(jí)孔材料。結(jié)果表明,這種兼具三維微納多級(jí)孔結(jié)構(gòu)以及Cu(II)/Cu(I)多氧化態(tài)體系的Cu O/Cu_2O電極材料有效提高了自身的電催化氧化活性。特別是以其作為電極材料的無(wú)酶葡萄糖傳感器得到了非常高的靈敏度。(3)通過(guò)碳化電紡聚丙烯腈/聚苯胺核殼納米纖維(PAN@PANI)和水熱法相結(jié)合成功制備一維Cu O/N-CNFs復(fù)合材料。這種經(jīng)過(guò)碳化PAN@PANI納米纖維前驅(qū)體得到的氮摻雜多孔碳納米纖維(N-CNFs)具有較高的氮含量,這有助于改變纖維表面化學(xué)特性增加纖維和溶液的接觸面積,提供更多的活性位點(diǎn)以及改善纖維表面電荷遷移率。此外,其豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和高的比表面積可以有效的縮短離子擴(kuò)散長(zhǎng)度。特別是其良好的導(dǎo)電性以及超長(zhǎng)一維結(jié)構(gòu)能夠快速的實(shí)現(xiàn)電荷的收集和轉(zhuǎn)移,有助于靈敏度的提高。因此,以N-CNFs為基底,經(jīng)Cu O納米顆粒修飾得到的Cu O/N-CNFs作為電極材料,由于兩種物質(zhì)間的協(xié)同作用其對(duì)葡萄糖表現(xiàn)出了非常優(yōu)異電催化氧化特性。
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【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O657.1;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 傅金英;銅氧化物微米、納米結(jié)構(gòu)的制備及其在葡萄糖電化學(xué)傳感中的應(yīng)用[D];江西師范大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：1708522