功能化碳纳米管修饰电极在电化学传感器中的应用研究

论文摘要

本论文主要研究了功能化碳纳米管修饰电极的制备以及其在电化学传感器中的应用。本论文分以下三个部分:采用重氮盐功能化方法修饰碳纳米管电极制备以多巴胺为介体的传感器,从而实现对NADH的电化学催化氧化;制备以耐尔蓝为介体的NADH传感器;麦尔多拉蓝/碳纳米管修饰电极对H2O2的电催化还原。（1）多巴胺通过重氮盐功能化共价键合到碳纳米管表面上。首先通过4-硝基苯胺与硝酸钠在盐酸中反应得到4-硝基重氮阳离子,应用电化学方法将重氮阳离子结合到碳纳米管表面并将硝基还原为氨基基团。其次丁二酸酐的开环作用使得电极表面带羧基,这样多巴胺就可以通过碳二亚胺反应共价键合到电极表面,制备了多巴胺功能化碳纳米管修饰电极。运用循环伏安法和电化学阻抗法表征了修饰的电极的性能;该修饰电极对NADH具有良好的催化作用,具有选择性好、重现性好等优点。（2）同样通过重氮化方法、丁二酸酐开环作用以及碳二亚胺反应制备耐尔蓝-碳纳米管修饰电极。在循环伏安曲线上在-0.1 V和-0.35 V电位下出现两对氧化还原峰。在-0.1 V的电位下能有效地催化NADH,而在-0.35 V出现的氧化还原峰则对NADH几乎没有催化。该电极在生物干扰物质（尿酸、对乙酰氨基酚、多巴胺、抗坏血酸）存在下仍能实现对NADH的催化,并且几种物质对测定没有干扰。该电极具有检出限低、线性范围宽、响应速度快、稳定性好等优点。（3）采用非共价键合的方法将碳纳米管功能化制备了麦尔多拉蓝/碳纳米管复合材料修饰电极（MB/CNT/GCE）。该电极的循环伏安图上可观察到两对氧化还原峰。此电极能有效催化还原过氧化氢。试验中对比MB修饰裸玻碳电极得出结论,MB/CNT/GCE有更优越的催化性能。此修饰电极线性范围可达3.5 mM,检出限为336μM（信噪比为3）,具有高灵敏度587μA/mM。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 电化学传感器概述
• 1.2 生物传感器分类及应用
• 1.3 电化学生物传感器概述
• 1.4 碳纳米管
• 1.4.1 碳纳米管的结构
• 1.4.2 碳纳米管的分类
• 1.4.3 碳纳米管的特性
• 1.4.4 碳纳米管的修饰
• 1.5 化学修饰电极
• 1.5.1 化学修饰电极概述
• 1.5.2 碳纳米管修饰电极
• 1.6 重氮盐功能化
• 1.6.1 重氮盐性质及其制备方法
• 1.6.2 重氮盐在有机合成中的应用
• 1.6.3 重氮盐修饰电极
• 1.7 本工作的意义
• 参考文献
• 第二章 多巴胺/碳纳米管修饰电极的制备、表征及其在传感器中的应用
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 生物传感器的制备
• 2.2.3 传感器制备过程图
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 重氮盐修饰电极的电化学修饰过程
• 2.3.2 重氮盐修饰电极的电化学行为（DA-CNT/GCE）
• 2.3.3 DA-CNT/GCE的动力学行为研究
• 2.3.4 DA-CNT/GCE对NADH的催化性能研究
• 2.3.5 DA-CNT/GCE催化NADH的稳定性能研究
• 结论
• 参考文献
• 第三章 耐尔蓝/碳纳米管修饰电极的制备、表征及其在传感器中的应用
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 生物传感器的制备
• 3.2.3 耐尔蓝的结构
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 NB-CNT/GCE的稳定性
• 3.3.2 NB-CNT/GCE对NADH的电催化研究
• 3.3.2.1 NB-CNT/GCE 对NADH的催化
• 3.3.2.2 NB-CNT/GCE 电位和pH的优化
• 3.3.2.3 NB键合以及吸附到CNT/GCE表面的计时电流响应比较
• 3.3.2.4 NB-CNT/GCE干扰测定
• 3.3.2.5 NB-CNT/GCE催化NADH稳定性研究
• 结论
• 参考文献
• 2O₂ 的电催化研究'>第四章 麦尔多拉蓝/碳纳米管修饰电极对H₂O₂的电催化研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 生物传感器的制备
• 4.2.3 麦尔多拉蓝的结构
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 MB/CNT/GCE的电化学表征
• 4.3.2 pH对MB/CNT/GCE影响
• 2O₂ 的催化性能研究'>4.3.3 MB/CNT/GCE对H₂O₂的催化性能研究
• 4.3.3.1 MB/CNT/GCE和MB/GCE的电化学行为
• 2O₂ 的催化'>4.3.3.2 bare/GCE、CNT/GCE、MB/GCE、MB/CNT/GCE对H₂O₂的催化
• 4.3.3.3 MB/CNT/GCE 电位和pH的优化
• 4.3.3.4 MB/CNT/GCE的计时电流响应
• 4.3.3.5 MB/CNT/GCE的稳定性研究
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况