论文摘要
自1991年被发现以来,碳纳米管（CNT）因其独特的结构、大的比表面积、高的传导率和机械强度以及稳定的物理化学性质,引起了人们的广泛关注,已成为富勒烯领域的一个主要研究热点,是物理学、化学和材料科学等学科中最前沿的研究领域之一。另外,由于碳纳米管具有优良的电学和力学性能,被认为是复合材料的理想添加相。碳纳米管作为加强相和导电相,在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力,在生物传感领域的应用已成为研究的热点。本论文主要对碳纳米管复合材料的制备及其在生物传感领域的应用开展了研究和探索。第一章:简单概述了生物传感器的定义、工作原理、分类和发展历程。简介了碳纳米管的基本结构、性质、制备、分离纯化方法、表面功能化方法。对碳纳米管及其复合物在各领域尤其是在生物传感方面的应用进行了系统论述,并对碳纳米管及其复合物在各领域的应用前景进行了展望。第二章:利用多壁碳纳米管（MWNTs）与3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）之间的疏水反应,制备了良好水溶性的氨基化多壁碳纳米管（AMWNTs）,将电子媒介体羧基二茂铁（FMC）通过酞胺键键合到AMWNTs上,制备了FMC-AMWNTs复合纳米材料。采用红外光谱和电化学实验对其形成过程进行了表征。以（CS）为载体,将FMC-AMWNTs和葡萄糖氧化酶（GOD）固定于电极表面,制备了GOD/FMC-AMWNTs/CS复合生物膜修饰电极。FMC-AMWNTs复合材料的生成,不仅有效防止了二茂铁的泄露,而且,复合膜中MWNTs和二茂铁的存在,极大地提高了生物膜的导电性和传电子能力。将制备的GOD/FMC-AMWNTs/CS传感器用于对葡萄糖的催化性能研究,结果表明,该传感器对葡萄糖具有良好的电催化氧化能力,对葡萄糖检测的线性范围为0.01～4.2mM,检出限为3.4μM,而且,传感器的稳定性好、响应时间短、抗干扰能力强。第三章:采用原位聚合法合成了一种新型功能化碳纳米管/电子介体复合材料（Fc/SWNTs）,采用红外光谱和电化学方法对其制备过程进行了表征,实验结果表明,Fc成功键合到了SWNTs上。进一步将Fc/SWNTs修饰到玻碳电极表面,构建了Fc/SWNTs修饰电极,并对修饰电极的电化学行为进行了研究。Fc/SWNTS复合材料的生成,不仅有效克服了电子媒介体Fc容易从电极表面流失的局限,还促进了Fc与电极表面的电子传递。Fc/SWNTs修饰电极对抗坏血酸（AA）具有良好的电催化氧化作用,有效降低了AA在电极上的氧化过电位,实现了对AA的定量检测,线性范围为0.6μM～0.53 mM（R=0.998）,检出限为0.22μM（S/N=3）,同时,该修饰电极具有良好的稳定性和重现性。第四章:采用水热法制备了一种新型功能化碳纳米管/半导体金属氧化物纳米复合材料（ZrO2/MWNTs）。采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）实验对ZrO2/MWNTs复合材料进行了表征,结果表明,MWNTs表面负载了大量ZrO2纳米粒子,且分布均匀。进而将Mb和ZrO2/MWNTs复合材料固定在玻碳电极表面,制备了Mb/ZrO2/MWNTs修饰电极。研究了Mb在该修饰电极上的直接电化学行为。ZrO2/MWNTs复合物的存在,为Mb的固定化提供了良好的微环境,不仅增加了Mb的有效负载量,还大大促进了Mb与电极间的直接电子传递。将制备的Mb/ZrO2/MWNTs修饰电极用于对H2O2的电催化还原行为研究,结果表明,修饰电极对H2O2的电化学还原具有良好的催化效果,对H2O2电化学催化检测的线性范围为1.0～116.0μM,检出限为0.53μM（S/N=3）。该修饰电极具有良好的稳定性、重现性和抗干扰能力。ZrO2/MWNTs复合物为固定蛋白质和制备生物传感器提供了优良的基体材料。第五章:采用简单的化学沉积法制备了MnO2/MWNTs复合材料,采用TEM和电化学方法对MnO2/MWNTs复合材料的合成进行了表征,结果表明,MnO2纳米粒子成功负载于MWNTs表面。以Nafion为载体,将MnO2/MWNTs固定于电极表面,制备了MnO2/MWNTs/Nafion修饰电极。研究了MnO2/MWNTs/Nafion修饰电极的电化学行为,以及对H2O2的电催化性能。实验结果表明,固定于MnO2/MWNTs/Nafion复合膜中的MnO2保持了良好的电化学活性,对H2O2具有良好的电催化氧化效果。制备的修饰电极对H2O2电化学催化检测的线性范围为6.7μM～5.22 mM,检出限为0.86μM。
论文目录
相关论文文献
标签：碳纳米管论文; 纳米复合材料论文; 生物传感器论文; 二茂铁论文; 二氧化锆论文; 二氧化锰论文; 葡萄糖氧化酶论文; 抗坏血酸论文; 肌红蛋白论文; 直接电子转移论文;