基于金纳米材料构建过氧化氢传感器研究

论文摘要

在工业、生物、环境、临床诊断和食品检测等领域,检测过氧化氢的方法主要包括色谱法、滴定分析法、能谱测定法、化学发光法和电化学方法。其中电化学方法,由于其成本低、方法简单、灵敏度高且实用性强等特点,是过氧化氢检测的重要手段。纳米技术的发展为构建高灵敏度、高稳定性的过氧化氢电化学传感器提供了契机。本论文基于自组装和电沉积技术制备了三类纳米结构薄膜,用于过氧化氢的传感器的设计。具体的研究内容如下:1、辣根过氧化氢酶（HRP）修饰的金纳米粒子薄膜电极的过氧化氢传感特性。采用液/液界面自组装和无偶联剂的层/层自组装技术制备了金纳米粒子单层膜和多层膜,研究了HRP修饰的金纳米薄膜的直接电子转移行为和HRP/Au膜对过氧化氢传感性能。结果表明:多层金纳米粒子薄膜能够为HRP的吸附提供更多的吸附位点,HRP吸附量增加,而且由于金纳米粒子薄膜的层数增加,其表面的粗糙度增加,有效地缩短了HRP活性中心与电极基底之间的距离,使得HRP在电极表面的直接电子转移更加容易。其中在4层金纳米粒子多层膜上修饰的HRP的直接电子转移电流信号是最强的,对过氧化氢的检测的线性范围为9.8×10-66.0×10-3 mol-L-1,检测限为4.9×10-6 mol-L-1,且电流响应快、选择性好。2、聚苯胺（PANI）和金纳米粒子薄膜复合材料的过氧化氢传感特性。采用液/液界面自组装技术在玻碳电极表面修饰金纳米粒子多层膜,并在金纳米粒子薄膜表面电沉积PANI修饰层,通过控制金纳米粒子薄膜的层数和PANI电沉积时间优化了PANI和Au复合纳米结构对过氧化氢的传感性能。结果表明优化后的PANI/Au复合纳米结构对过氧化氢的检测线性范围为9.8×10-5 8.0×10-2 mol-L-1,检出限为7.0×10-6 mol-L-1。3、金/铂合金纳米粒子薄膜的过氧化氢传感特性。采用电化学循环伏安的方法共沉积金铂纳米粒子,研究了电解液中PtCl62-和AuCl4-的浓度对所制备的金铂合金纳米粒子中金、铂组分的影响,并研究了金、铂组分的不同,对过氧化氢氧化的影响。结果表明当Au:Pt原子比例为38:62时过氧化氢在电极表明上具有最好的电化学响应,对过氧化氢的检测的线性范围为1.0×10-7 4×10-2 mol-L-1,覆盖5数量级,且检测限为5.0×10 -8 mol-L-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 生物传感器概述
• 1.1.1 生物传感器的原理
• 1.1.2 生物传感器的特点
• 1.1.3 生物传感器的分类
• 1.1.4 电化学酶生物传感器
• 1.1.5 生物分子固定化
• 1.2 导电高聚物
• 1.2.1 导电高聚物简介
• 1.2.2 导电高聚物的导电机理
• 1.2.3 导电聚合物的分类
• 1.2.4 导电聚苯胺
• 1.3 金属纳米颗粒合成方法及其应用
• 1.3.1 金属纳米颗粒的合成方法
• 1.3.2 纳米金粒子及其在生物传感器中的应用
• 1.4 本文构思
• 第2章 辣根过氧化物酶修饰的金纳米粒子（HRP/Au）薄膜过氧化氢传感器
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 金纳米粒子薄膜的制备及其表面HRP 的修饰
• 2.2.3 电化学测量和仪器
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金纳米粒子薄膜的制备与表征
• 2.3.2 HRP 在金纳米粒子薄膜上的直接电子转移行为
• 2.3.3 HRP/Au 薄膜对过氧化氢的电化学响应
• 2.3.4 HRP/Au 薄膜对过氧化氢的检测
• 2.4 小结
• 第3章 聚苯胺修饰的金纳米粒子（PANI/Au）复合薄膜过氧化氢传感器
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 3.2.2 电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌表征
• 3.3.2 PANI/Au 复合薄膜对过氧化氢的电化学响应
• 3.3.3 PANI/Au 复合薄膜对过氧化氢传感性能的优化
• 3.3.4 扫描速率对 PANI/Au 复合薄膜传感性能的影响
• 3.3.5 过氧化氢浓度对PANI/Au 复合薄膜传感性能的影响
• 3.3.6 PANI/Au 复合薄膜对过氧化氢的检测
• 3.4 小结
• 第4章 Au/Pt 合金纳米薄膜过氧化氢传感器
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂和仪器
• 4.2.2 Au/Pt 合金纳米薄膜电极的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Au/Pt 合金纳米薄膜的表征
• 4.3.2 Au/Pt 合金纳米薄膜对过氧化氢的电化学响应
• 4.3.3 Au/Pt 合金纳米薄膜对过氧化氢传感性能的优化
• 4.3.4 Au/Pt 合金纳米薄膜对过氧化氢的检测
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间论文发表情况
• 致谢