基于金属纳米颗粒的电化学传感器研究及应用

论文摘要

近年来，纳米材料在催化和分析方面的应用已成为研究热点。由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道等效应，纳米颗粒表现出了独特的物理、化学和电催化等性能，基于金属纳米颗粒的电化学传感器更受研究者们的青睐。在此背景下，综合文献报道，本文依次采用滴涂法、种子生长法和电沉积法构建了基于纳米材料的传感界面。所制备的电化学传感器不但方法简便，而且还能对目标物质实现灵敏检测。具体内容如下：（1）利用滴涂法制备了金纳米颗粒修饰电极，并使用循环伏安法对苯酚在该修饰电极上的电化学行为进行了研究。结果表明，该传感器能明地显催化苯酚的氧化。在优化条件下，其峰电流与浓度在6.3×10-5mg mL-1到54mg mL-1范围内呈现出良好的线性关系，检测下限达到了6.3×10-5mg mL-1。因此，该传感器可初步用于废水中苯酚的检测（第2章）。（2）首次运用种子生长法制备了铜纳米颗粒（CuNPs）。以粒径为3.5nm的金纳米粒子作为种子，碳纳米管（CNTs）为生长支架合成CuNPs，成功制备了Nafion/CuNPs/AuNPseed/CNTs/chit修饰电极。在碱性条件下，该修饰电极对葡萄糖的氧化有很大的催化作用，故可以用来构建无酶葡萄糖电化学传感器。在优化条件下，该传感器对1.0×10-7M到5×10-3M范围内的葡萄糖有很好的线性响应，检测下限为3×10-8M（第3章）。（3）通过在多孔金膜表面电沉积铂纳米颗粒，制备了多孔金膜/铂纳米颗粒修饰电极。其中多孔金膜经恒电位氧化后再经抗坏血酸溶液中还原制得。利用循环伏安法（CV）对甲醛在此传感界面上的电化学行为进行了研究。结果表明，在酸性条件下，该传感器对甲醛能表现出较好的电催化性能。在优化条件下，甲醛的峰电流与浓度在1×10-5M到1×10-3M范围内呈现出良好的线性关系，并获得了5×10-6M的检测下限（第4章）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 化学修饰电极
• 1.1.1 化学修饰电极的定义
• 1.1.2 化学修饰电极的制备
• 1.1.3 化学修饰电极的表征
• 1.1.4 化学修饰电极在分析化学中的应用
• 1.2 纳米材料
• 1.2.1 纳米材料的特性
• 1.2.2 纳米材料的分类
• 1.2.3 纳米材料的制备
• 1.2.4 纳米电化学传感器
• 1.3 本研究论文的构想
• 第2章 基于金纳米颗粒的苯酚电化学传感器
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 金纳米颗粒的制备
• 2.2.3 传感界面的制备
• 2.2.4 电化学检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同电极的电化学表征
• 2.3.2 苯酚在传感界面上的电化学行为
• 2.3.3 实验条件的优化
• 2.3.4 传感器的分析性能
• 2.4 小结
• 第3章 基于碳纳米管/铜纳米颗粒的无酶葡萄糖电化学生物传感器
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 金种子的制备
• 3.2.3 碳纳米管的处理
• 3.2.4 传感界面的制备
• 3.2.5 电化学检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同修饰电极的形貌表征
• 3.3.2 不同修饰电极的电化学表征
• 3.3.3 葡萄糖在传感界面上的电化学行为
• 3.3.4 实验条件的优化
• 3.3.5 传感器的分析性能
• 3.4 小结
• 第4章 基于多孔金膜/铂纳米颗粒的甲醛电化学传感器
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 传感界面的制备
• 4.2.3 电化学检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同修饰电极的形貌表征
• 4.3.2 不同电极的电化学表征
• 4.3.3 甲醛在传感界面上的电化学行为
• 4.3.4 实验条件的优化
• 4.3.5 传感器的分析性能
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表及完成的学术论文目录
• 致谢