钛酸盐纳米带及其复合材料的制备与电化学生物传感器性能研究

论文摘要

基于酶生物电化学的传感器因灵敏度高、专一性强、分析速度快等诸多优点而成为近年来的研究热点。纳米材料由于具有比表面积大、催化效率高、吸附能力强等特殊性质,在电化学领域中被广泛应用。最近,钛酸盐纳米材料由于其良好的生物相容性、化学和热稳定性、机械强度高等优点,引起了电化学研究者的关注。但是钛酸盐纳米材料的导电性相对较差,不利于其在电化学领域中的应用。本课题采用水热法制备钛酸盐纳米带（Titanate Nanobelts, TNBs）,并在此基础上制备三种钛酸盐纳米带复合材料。并采用UV-vis、FT-IR、XRD、TEM等对其进行结构及形貌表征。再采用循环伏安法和计时电流法对上述三种复合材料制备的修饰电极进行电化学生物传感器性能研究。实验结果表明,TNBs化学结构为NaxH2-xTi3O7,长度大约在100-200 nm,宽度为50-70 nm,其表面光滑。金纳米颗粒均匀修饰到TNBs表面,颗粒直径为5-7 nm。银纳米颗粒均匀掺杂到TNBs表面,颗粒直径为3-5 nm。电化学生物传感器性能研究结果表明,TNBs能为电子从葡萄糖氧化酶反应活性中心到电极表面之间提供一个快速通道,而经过表面处理的TNBs导电性更强,能负载更多的葡萄糖氧化酶,因此修饰电极的电化学性能也更优异。经过金纳米颗粒修饰后的TNBs电极也展示出良好的电化学性能。葡萄糖氧化酶在经过银纳米颗粒掺杂后TNBs上有最强还原电流,其所修饰电极的电化学性能均与银纳米颗粒的密度成正比。银纳米颗粒能促进该反应的进行。并且三种GOx修饰电极都能对葡萄糖进行快速响应。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电化学生物传感器研究进展
• 1.1.1 生物传感器的定义和分类
• 1.1.2 电化学生物传感器
• 1.2 基于纳米材料构成的电化学生物传感器
• 1.2.1 基于碳纳米材料的电化学生物传感器
• 1.2.1.1 碳纳米管
• 1.2.1.2 石墨烯
• 1.2.2 基于金属及金属氧化物纳米材料的电化学传感器
• 1.2.3 导电高分子材料
• 1.3 基于钛酸盐纳米结构的电化学生物传感器
• 1.3.1 钛酸盐纳米材料的结构
• 1.3.2 钛酸盐纳米材料的制备
• 1.3.3 钛酸盐纳米材料在电化学生物传感器上的应用
• 1.4 本论文的目的、意义及研究内容
• 第二章 水溶性钛酸盐纳米带的制备及电化学性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 样品制备
• 2.2.1.1 试剂及仪器
• 2.2.1.2 TNBs的制备
• 2.2.1.3 水溶性TNBs的制备
• 2.2.1.4 修饰玻碳电极的制备
• 2.2.2 测试及表征
• 2.2.2.1 紫外-可见吸收光谱（UV-vis）
• 2.2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.2.4 X射线衍射分析（XRD）
• 2.2.2.5 傅里叶红外波谱分析（FT-IR）
• 2.2.2.6 电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 UV-vis分析
• 2.3.2 显微形貌分析
• 2.3.3 XRD分析
• 2.3.4 FT-IR分析
• 2.3.5 修饰电极的电化学性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 表面修饰Au纳米颗粒的TNBs的制备及电化学性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品制备
• 3.2.1.1 试剂及仪器
• 3.2.1.2 TNBs表面修饰AuNPs的制备
• 3.2.1.3 修饰电极的制备
• 3.2.2 测试及表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 UV-vis分析
• 3.3.2 显微形貌分析
• 3.3.3 XRD分析
• 3.3.4 FT-IR分析
• 3.3.5 修饰电极的电化学性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 表面掺杂Ag纳米颗粒的TNBs的制备及电化学性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品制备
• 4.2.1.1 试剂及仪器
• 4.2.1.2 TNBs表面掺杂AgNPs的制备
• 4.2.1.3 修饰电极的制备
• 4.2.2 测试及表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 UV-vis分析
• 4.3.2 显微形貌及能谱（EDS）分析
• 4.3.3 XRD分析
• 4.3.4 FT-IR分析
• 4.3.5 修饰电极的电化学性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文