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有序介孔碳(OMC)作为一种新型的碳纳米材料,具有较高的表面积、狭窄的孔径分布、有序排列的孔道结构等优良特性,同时还表现出较高的机械强度和吸附能力,因此有序介孔碳被广泛应用在催化、储氢、分离提纯、吸附及传感器等领域。壳聚糖(chitosan,CTS)是一种天然高分子碱性多糖,在其分子内既有亲水基团和疏水基团,也含具有配位能力的-NH2和-OH基团。且在生物兼容性及成膜性方面有很大的应用前景,是制备薄膜修饰电极的优选。
化学修饰电极突破了只限于研究裸电极/电解液界面范围的电化学,并开创了人为控制电极表面结构的领域,是目前电化学和电分析化学较为活跃的前沿领域之一。化学修饰电极不仅可以提供多种能利用的势场,使待测物能进行有效的分离富集,而且分析结果的选择性和灵敏度等方面也大大的得到提高。目前已应用于生命科学、环境分析、材料科学、药物分析等诸多方面。
本文将有序介孔碳的优异性能同壳聚糖良好的生物相容性、分散成膜性、及环境友好性相结合。将有序介孔碳均匀分散在壳聚糖中,制备了OMC/CTS悬浊液,采用简单易操作的滴涂法制备了新型的有序介孔碳/壳聚糖(OMC/CTS)复合膜修饰金电极,并对环境监测物质亚硝酸(NO2-)及生物活性物质多巴胺(DA)进行电催化性能及应用方面的研究。本论文的研究内容主要包括以下几点:
1.有序介孔碳CMK-3的制备和表征。以三嵌段共聚物P123(PluronicP123)为模板剂,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,成功合成了有序介孔硅SBA-15,然后再以其为模板,以蔗糖作为碳源,采用液相浸渍法制备出有序介孔碳CMK-3。采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对产物CMK-3进行表征。
2.有序介孔碳/壳聚糖(OMC/CTS)复合膜修饰金电极的制备及表征。将适量的有序介孔碳分散于0.1%的壳聚糖溶液中,采用滴涂法将悬浊液均匀滴在冷却后的裸金电极表面上,在红外灯下烘干,冷却备用。将制备好的CTS/OMC/GE电极在0.5mmol/LFe(CN)63-//e(CN)6(含有0.1mol/LKCl电解质)中采用循环伏安法及电化学交流阻抗两种方法对电极的电化学性能进行表征,表明CTS/OMC/GE复合膜修饰电极有较好的电化学响应性能。
3.有序介孔碳/壳聚糖(OMC/CTS)复合膜修饰金电极的应用。
a.研究了OMC/CTS复合膜修饰金电极对环境监测物质NO2-的电化学催化。通过实验结果表明NO2-在修饰电极上的氧化峰峰电位负移、峰电流明显增强;采用循环伏安法(CV)和线性伏安扫描法(LSV)确定了实验的最佳条件,建立了分析检测方法;初步探讨了NO2-的氧化机理,得出亚硝酸在该修饰电极上的反应受吸附过程控制,是一个两电子两质子的电极反应;同时还用差分脉冲伏安法(DPV)对NO2-进行测定,得出NO2-的氧化峰峰电流在8.0×10-6~2.0×10-7mol/L范围内与其浓度成线性,检出限为5.0×10-8mol/L;最后以该修饰电极运用上述建立的分析方法对实际水样中NO2-的含量进行了测定,计算了加标回收率为98.7%~102.1%。
b研究了OMC/CTS复合膜修饰金电极对生物活性物质DA进行电化学行为,发现在该修饰电极上DA发生了进一步的氧化,并且其氧化还原峰的峰电位差减小、峰电流显著增强;采用CV、LSV等测试方法,优化了实验测定条件,建立了分析方法;研究了该修饰电极对DA的电化学催化性能及氧化还原机理,发现DA在该修饰电极上的电化学行为主要受吸附过程控制,且在0.312v和0.282v处分别出现了灵敏的氧化峰和还原峰,该氧化反应是一个两电子两质子的可逆过程;采用循环伏安法得出DA的氧化峰电流在3.0×10-7~5.0×10-5mol/L范围内与其浓度成线性,检出限为3.0×10-8mol/L;并测定了针剂中DA的含量,计算了加标回收率为98.3%~102.3%。