介孔材料功能化传感器的研究和应用

论文摘要

介孔材料具有较大的比表面、孔容,2-50 nm范围内均匀可调的孔径,高度有序的介观结构,表面可功能化,以及良好的生物相容性等一系列优点。将介孔材料引入到构建电化学传感器平台,从而充分发挥其在催化、吸附分离等方面表现出的优良性能已成为电化学分析工作者聚焦的热点。在电化学分析中利用介孔材料及其功能化在增加离子交换、吸附和配位、电催化、集体运输等特性应用到富集后的伏安分析,电催化,生物传感器等诸多方面。本论文主要以重要的有序介孔硅材料SBA-15为载体材料,分别构造NH2-SBA15和β-环糊精-SBA15有序介孔硅修饰电极,研究其对环境中常见的有机酚类化合物异构体的识别;利用SBA-15为为硬模板,合成了新型介孔材料——介孔碳（OMC）,并通过介孔碳（OMC）作为固定载体吸附肌血红蛋白（Mb）制作成生物传感器,考察了其对血红蛋白的直接电化学的响应。本论文主要包括以下几个内容:1、合成了SBA-15有序多孔氧化硅材料并将其进行了氨基化修饰,系统表征了其结构和电化学特性。制备了NH2-SBA15碳糊修饰电极,考察了其对苯二酚和氨基酚两类同分异构体的电化学行为。实验发现功能化有序介孔硅材料对苯二酚和氨基酚两类同分异构体表现出良好的吸附富集能力,同时利用NH2-基自身的高活性的特点易于OH-基生成氢键更有利于电子的传递,实现了两类同分异构体的同时电化学测量。利用硅烷偶联剂KH560将β-环糊精（CD）共价连接到SBA-15上,制备了β-CD修饰SBA-15材料。在此基础上,将其制备β-CD-SBA15修饰碳糊电极。应用和考察了其对邻、对苯二酚同分异构体的同时电化学测量。2、通过以介孔硅材料SBA15为硬模板,以反向复制合成了介孔碳（OMC）。并通过介孔碳（OMC）作为固定载体吸附肌血红蛋白（Mb）制作成生物传感器,考察了其对血红蛋白的直接电化学的响应。结果表明:OMC较有效地促进了血红蛋白的电子传递,实现了蛋白质的直接电化学;并且对过氧化氢具有良好电催化作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔材料概述
• 1.2 介孔材料的研究概述
• 1.2.1 介孔材料的分类
• 1.2.2 介孔材料的合成方法
• 1.2.3 介孔材料的合成机理
• 1.2.4 介孔材料的功能化
• 1.2.5 有序介孔碳的特征和合成方法
• 1.3 功能化介孔材料在电化学分析领域的应用
• 1.3.1 预富集分析
• 1.3.2 电催化行为
• 1.3.3 （生物）电化学传感器
• 1.4 论文的研究内容与意义
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 论文的研究意义
• 第二章 氨基功能化介孔材料SBA15 的合成及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 介孔材料的合成
• 2.2.3 介孔材料的表征
• 2.3 小结
• 第三章 氨基化SBA15 修饰电极同时识别苯二酚异构体的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 电极的制备
• 3.3 实验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 电极交流阻抗法表征
• 3.4.2 邻（CC）、对（HQ）和间苯二酚（RC）在电极上的电化学行为
• 3.4.3 苯二酚同分异构体识别机理研究
• 3.4.4 分析应用
• 3.5 小结
• 第四章 β-环糊精修饰SBA15 修饰电极同时识别苯二酚异构体
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 SBA15 的合成
• 4.2.3 环糊精功能化SBA15（β-CD-SBA15）的合成
• 4.2.4 修饰电极的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 二茂铁（Fc）在修饰电极上的电化学行为
• 4.3.2 邻、对苯二酚异构体在修饰电极上的电化学行为
• 4.3.3 条件实验的选择
• 4.3.4 线性范围和检出限的测定
• 4.3.5 干扰物质对于测定的影响
• 4.3.6 β-CD-SBA15/CPE 电极的重现性和使用寿命
• 4.4 小结
• 第五章 氨基化SBA15 修饰电极同时识别氨基酚异构体的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器与试剂
• 5.2.2 电极的制备
• 5.3 实验方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 邻（o-AP）、对（p-AP）和间氨基酚（m-AP）在电极上的电化学行为
• 5.4.2 氨基酚同分异构体识别机理研究
• 5.4.3 分析应用
• 5.5 小结
• 第六章 血红素蛋白质在介孔碳化学修饰电极上的电化学研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验仪器与试剂
• 6.2.2 介孔碳的合成
• 6.2.3 修饰电极的制备
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 介孔碳的形貌表征
• 6.3.2 介孔碳固载Mb 的光谱表征
• 6.3.3 Mb 在电极上的直接电化学行为
• 6.3.4 不同扫速对电极的影响
• 6.3.5 Mb-OMC/GC 对过氧化氢的电催化
• 6.4 Mb-OMC/GC 修饰电极的再生和重现性
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录