石墨烯基纳米复合材料的制备及其在电分析化学中的应用

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本博士学位论文以氧化石墨烯为起始原料,制备了几种石墨烯基纳米复合材料,分别采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等多种分析手段对材料进行了系统的表征,然后将纳米复合材料修饰电极,构建电化学传感器,并分别研究了其在药物分析和双氧水检测等方面的应用。主要内容包括:1.构建基于CdSe修饰的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)功能化的石墨烯纳米复合材料(CdSe-PDDA-G)传感器用于秦皮乙素的灵敏检测。复合材料分别用XRD、紫外-可见光谱(UV-Vis)和TEM进行表征。采用循环伏安法(CV)和差示脉冲伏安法(DPV)研究秦皮乙素在CdSe-PDDA-G复合材料修饰的玻碳电极(GCE)上的电化学行为。结果表明,CdSe和PDDA-G的结合提高了秦皮乙素的电化学响应。此传感器对秦皮乙素的检测有满意的效果,检测线性范围从1.0×10-8mol L-1到5.0×10-5mol L-1,检测限为4.0×10-9mol L-1(S/N=3)。此外,这个传感器还有良好的重现性和稳定性,可以用于秦皮乙素实际样品的检测。2.构建基于Fe304纳米粒子(NPs)修饰的PDDA功能化石墨烯纳米复合材料(Fe3O4-PDDA-G)的电化学传感器用于灵敏检测对乙酰氨基酚。复合材料分别用XRD、TEM和振动样品磁强计(VSM)表征。采用CV和DPV来研究对乙酰氨基酚在Fe3O4-PDDA-G修饰GCE上的电化学行为。实验结果表明,Fe3O4NPs和PDDA-G都在很大程度上提高了对乙酰氨基酚的电化学响应。此传感器在对乙酰氨基酚浓度范围0.1μmol L-1到100μmol L-1时显示出良好的分析性能,检测限为3.7×10-8mol L-1(S/N=3)。此传感器具有良好的抗干扰能力,也表现出好的再现性和稳定性,能用于对乙酰氨基酚实际样品的检测。3.采用抗坏血酸(L-AA)作为还原剂合成p-环糊精功能化的石墨烯纳米复合材料(β-CD-RGO),并将其用作己烯雌酚(DES)灵敏测定的增强材料。材料通过UV-Vis、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼散射光谱和TEM等手段表征。在0.1M PBS中(pH7.0), DES的氧化还原峰电流在β-CD-RGO/GCE上显著增大,这表明纳米复合材料不仅显示了RGO的良好导电能力,而且也展现出p-CD的超分子识别功能。在最佳条件下,DES的还原峰电流与浓度范围在0.01μmol L-1到13μmol L-1时成良好的线性关系,其检测限是4nmol L-1(S/N=3)。此传感器还表现出高的选择性、好的稳定性和再现性,也成功用于牛奶样品中DES的测定。4.通过一步化学共还原法在乙二醇-水体系中合成了负载到石墨烯-碳纳米管纳米复合材料(G-CNTs)上的PtAu双金属NPs。材料通过XRD、TEM和X-射线光电子能谱(XPS)表征。基于PtAu/G-CNTs修饰GCE,构建了一种H2O2非酶传感器。实验结果证明,此传感器对H2O2的还原具有良好的电催化能力,在4s内就能达到最大安培响应。其线性范围是2.0μmol L-1到8561μmol L-1,检测限是0.6μmol L-1(S/N=3)。另外,此传感器对H202检测具有良好的选择性、长期稳定性和再现性。5.合成了PDDA功能化的G-CNTs复合材料(PDDA-G-CNTs).然后构建基于PDDA-G-CNTs/β-CD电化学传感器用于木犀草素的灵敏检测。在0.2MHAc-NaAc缓冲液中(pH5.0),木犀草素的氧化还原峰在PDDA-G-CNTs/β-CD修饰的GCE上显著增强,证明复合材料不仅显示了PDDA-G-CNTs优良的电子性能,也展现出β-CD的分子识别能力。计时库仑法证明复合材料能有效提高电极的电化学活性面积。在最优条件下,木犀草素的氧化峰电流与其浓度在0.05pmol L-1到60μmol L-1成良好的线性关系,检测限是0.02μmol L-1(S/N=3)。此传感器还显示出高的选择性、好的稳定性和再现性,能用于木犀草素在药物中的检测。
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