基于纳米复合材料的葡萄糖和过氧化氢电化学传感研究

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不同纳米及其复合材料构置的电化学传感器以其突出的分析性能,受到研究者越来越多的关注。本论文以金属、金属氧化物、碳纳米管、石墨烯和埃洛石等纳米材料为基础,构置了八种新型电化学传感器,探讨了新材料的性能与其结构和形貌之间的关系,对电极的电化学和电催化行为进行了研究,建立了测定葡萄糖和过氧化氢的电化学新方法。该研究扩展了纳米材料的应用内容,拓宽了电化学传感的研究范围。论文共分为四章,作者的主要研究可分为以下三个方面。1、采用电化学沉积和化学合成的方法,分别制备了Ni/MnO2和Cu/TiO2-SnO2金属和金属氧化物纳米复合材料,并基于以上两种纳米复合材料分别构置了两种无酶葡萄糖电化学传感器,研究了传感器的电催化和电化学行为,构建了分析测定葡萄糖的电分析新方法。实验结果显示,第一种传感材料对葡萄糖的催化氧化峰电位为0.45 V,葡萄糖检测的线性范围是:2.5×10-7~3.5×10-3mol·L-1,检出限是:1.0x10-7 mol·L-1(S/N=3),灵敏度为1042μA·mM-1·cm-2;第二种材料对葡萄糖的催化氧化峰电位为0.60 V,线性范围是:2.0×10-6~1.8×10-2mol·L-1,检出限和灵敏度分别为7.0×10-7 mol·L-1(S/N=3)和256.3 μA·mM-1·cm-2。这两种电化学传感器具有制备简单等优点,两个电极均具有较宽的线性范围,其中前者的灵敏度比后者高约4倍。2、以不同碳纳米材料为载体,采用化学合成法,分别制备了Cu/MnO2/MWCNTs. Cu/NiO/MWCNTs、Cu/MnO2/G-IL和Ag2S/MWCNTs新型纳米复合材料,并基于以上材料构置了四种新型检测葡萄糖和过氧化氢的电化学传感器,探讨了传感器的电催化行为,创建了测定葡萄糖和过氧化氢的电化学新方法。实验结果表明,第一种传感器对葡萄糖氧化电位为0.60 V,检测葡萄糖浓度的线性范围:6.4×10-7~2.0×10-3 mol·L-1,检出限:1.7×10-7mol·L-1(S/N=3)和灵敏度:1302 μA·mA-1·cm-2;第二种传感器检测对葡萄糖氧化电位为0.60 V,线性范围:4.5×10-7~2.0×10-3mol·L-1,检出限:1.5×10-7 mol·L-1(S/N= 3),灵敏度:637.2μA·mM--1·cm-2;第三种传感器对葡萄糖催化氧化峰电位为0.50 V,线性范围:3.0×10-7~1.8×10-3 mol·L-1,检出限:1.0×10-7mol·L-1(S/N=3),灵敏度:782.6 μA·mM-1·cm-2;第四种传感器对过氧化氢催化氧化峰电位为-0.35 V,线性范围:8.0×10-7-2.4×10-3 mol·L-1,检出限:4.0×10-7mol·L-1(S/N=3).四种新型碳纳米复合材料的成功构置表明,新型电化学传感器均具有构置方法简便易行,材料结构易控和线性范围可接近或超过4个数量级的特点;而在三个检测葡萄糖的传感材料中,以基于Cu/MnO2/MWCNTs纳米复合材料的电化学传感器灵敏度最高。3、以埃洛石纳米管(HNTs)为载体,采用层层组装的方法,分别构置了以Pt/GE/HNTs和Ni(OH)2、HNTs-BMIMPF6纳米复合材料为基础的,二种无酶电化学传感器,对其电催化行为进行了探讨,创建了葡萄糖测定的电分析新方法。研究表明,前者对葡萄糖的催化氧化峰电位为0.35 V,峰电流与葡萄糖浓度在3.O×10-4~5.7×10-3 mol·L-1时线性关系良好,检出限:1.0×10-7mol·L-1(S/N=3);后者对葡萄糖的氧化峰电位为0.50V,葡萄糖浓度与峰电流在5.0×10-6~5.6×10-3 mol·L-1时线性关系良好,检出限为1.7×10-6 mol·L-1(S/N=3).与后者相比较,前者具有更宽的线性范围和更低的检出限。
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