SWCNT-DNA复合物电化学性质研究

论文摘要

碳纳米管是新型的准一维量子材料,具有优异的力学性能和电学性质。常规方法得到的单壁碳纳米管（SWCNT）成束存在,限制了其进一步应用。在超声作用下单壁碳纳米管与单链DNA（ssDNA）自组装可以得到单根离散的SWCNT-DNA复合物。初步研究表明,SWCNT-DNA复合物具有良好的电化学性质。SWCNT-DNA复合物能牢固地吸附于玻炭电极表面形成一层SWCNT-DNA薄膜,构建该复合物修饰的玻炭电极。循环伏安测试表明,与裸玻炭电极和未分散的SWCNT修饰的玻炭电极相比,该电极的响应峰电流明显增大,而且在一定范围内对不同浓度的铁氰化钾有一个线性响应,表现出良好的灵敏度和稳定性。ssDNA通过缠绕在单壁碳纳米管外壁使其离散,提高电极的有效表面积,同时引入了大量的活性官能团,加快Fe（CN）63-/ Fe（CN）64-氧化还原反应的电子传递,减小了反应的过电位,增强了该电化学反应的可逆性。本论文也研究了SWCNT-DNA膜修饰玻炭电极对过氧化氢的检测性能。由于SWCNT-DNA较大的比表面积、良好的导电性,无须其他催化剂即可实现对过氧化氢的检测。实验表明在一定范围内过氧化氢浓度与电流呈现良好的线性关系,同时此传感器具有响应时间短、灵敏度高等特点。我们还将SWCNT-DNA膜电极浸入葡萄糖氧化酶（GOD）溶液中,发现难以通过吸附作用将GOD固定在SWCNT-DNA复合物上,该修饰电极对葡萄糖的检测不稳定,需要通过其他的方法将GOD固定在电极的表面。这些研究结果表明,在经过DNA杂化改性后,由于其独特的结构和性质,碳纳米管修饰电极有良好的检测性,有很强的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 碳纳米管的结构及其电化学特性
• 1.2.1 碳纳米管的结构
• 1.2.2 碳纳米管的电学特性
• 1.3 碳纳米管的生物化学改性
• 1.3.1 碳纳米管的生物化学改性理论依据
• 1.3.2 碳纳米管的DNA生物化学改性研究现状
• 1.4 碳纳米管在电化学电容器中的应用
• 1.4.1 电化学电容器分类
• 1.4.2 电化学电容器工作原理
• 1.4.3 电化学电容器电极材料发展
• 1.4.4 碳纳米管应用于电化学电容器的优势
• 1.4.5 碳纳米管电容器的研究现状
• 1.5 碳纳米管在电化学传感器中的应用
• 1.5.1 生物传感器研究进展
• 1.5.2 碳纳米管应用于电化学传感器具有的优势
• 1.5.3 碳纳米管应用于葡萄糖传感器研究进展
• 1.5.4 碳纳米管应用于过氧化氢传感器研究进展
• 1.6 本论文的选题背景、研究内容和意义
• 第二章 SWCNT-DNA复合物的制备及其电化学电容性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 仪器和试剂
• 2.3 SWCNT-DNA复合物的制备
• 2.4 单壁碳纳米管及其复合物的表征
• 2.4.1 TEM分析
• 2.4.2 热重-差热分析
• 2.5 与DNA复合前后SWCNT电化学电容性质研究
• 2.5.1 碳纳米管电极的制作
• 2.5.2 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry）
• 2.5.3 恒电流充放电测试（Chronopotentiometry）
• 2.5.4 电化学阻抗法（EIS）
• 2.6 小结
• 第三章 SWCNT-DNA膜修饰电极电化学检测性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 SWCNT-DNA膜的制备
• 3.2.2 电化学测试环境
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SWCNT-DNA膜修饰电极的电位窗口
• 3.3.2 SWCNT-DNA修饰电极伏安曲线比较
• 3.3.3 扫速的影响
• 3.3.4 在不同浓度铁氰化钾溶液中的响应
• 3.3.5 在低浓度溶液中的灵敏度
• 3.4 小结
• 第四章 SWCNT-DNA电化学传感器的初步研究
• 4.1 对过氧化氢的检测
• 4.1.1 实验部分
• 4.1.1.1 实验药品和试剂
• 4.1.1.2 实验仪器
• 4.1.1.3 SWCNT-DNA膜修饰电极制备
• 4.1.1.4 检测方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 2O₂检测的主要因素'>4.1.3 影响SWCNT-DNA膜修饰电极对H₂O₂检测的主要因素
• 4.1.4 传感器的稳定性
• 4.2 检测的葡萄糖初步研究
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢