铋基复合氧化物纳米棒的合成、表面修饰及其电化学特性

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铋酸盐纳米材料具有独特的电化学、光学和催化性能,引起了人们的广泛研究兴趣。本文论述了铋基一维纳米材料的合成、电化学检测生物分子的研究现状与进展。通过简单的水热法,在不添加表面活性剂的条件下合成了铋酸锌纳米棒、镍酸铋纳米棒,通过原位聚合过程得到了聚苯胺复合纳米材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等测试手段对所得产物进行结构、形貌及尺寸表征,对产物形成的影响因素进行了系统研究,并提出了其形成机理。系统研究了铋酸锌纳米棒及聚苯胺复合铋酸锌纳米棒作为玻碳电极(GCE)修饰材料检测L-半胱氨酸(L-CySH),镍酸铋纳米棒及聚苯胺复合镍酸铋纳米棒作为玻碳电极修饰材料检测酒石酸。这在铋基复合氧化物一维纳米材料的可控合成、表面修饰及应用方面有重要研究意义。在不添加表面活性剂的条件下,以乙酸锌和铋酸钠为原料,通过简单的水热法合成了立方Zn Bi38O58晶相的铋酸锌纳米棒。SEM和HRTEM显示纳米棒的长度和直径分别为2-10μm和40-250 nm。基于不同水热条件下获得产物的结构和形态,提出了铋酸锌纳米棒的成核和晶体生长过程。采用铋酸锌纳米棒修饰玻碳电极系统研究了L-半胱氨酸的电化学行为。在KCl溶液中,铋酸锌纳米棒修饰玻碳电极检测L-半胱氨酸时,在-0.07 V和-0.52 V位置存在一对半可逆氧化还原循环伏安(CV)特征峰,其反应受吸附过程所控制。随着L-半胱氨酸浓度和扫描速率的增加,CV峰的强度明显增加。在浓度为0.0001-2 mM之间时,峰电流与浓度呈线性关系。检出限(LOD)为0.074μM(信噪比为3),相关系数为0.996。铋酸锌纳米棒修饰玻碳电极显示出良好的稳定性和重复性。以乙酸镍和铋酸钠为原料,采用不添加表面活性剂的水热法合成出了具有立方Bi12NiO19晶相的镍酸铋纳米棒。电子显微镜观察表明镍酸铋纳米棒的直径和长度分别为30–100 nm和1–3μm。纳米棒的形成、长度和直径与水热温度和反应时间有关。采用镍酸铋纳米棒作为玻碳电极修饰材料,用于检测酒石酸。研究了扫描速率、酒石酸浓度对电化学反应的影响。镍酸铋纳米棒修饰玻碳电极检测酒石酸时的检出限为0.52μM,线性检测范围为0.001-2 mM,相关系数为0.996。镍酸铋纳米棒修饰玻碳电极具有良好的重复性和稳定性。通过使用简单的苯胺原位聚合过程在水溶液中合成了聚苯胺复合铋酸锌纳米棒以及聚苯胺复合镍酸铋纳米棒。XRD图谱显示纳米复合材料分别为立方ZnBi38O58晶相和Bi12NiO19晶相。TEM和HRTEM显示无定形聚苯胺紧密地附着在纳米棒的表面。聚苯胺复合铋酸锌纳米棒修饰玻碳电极对L-半胱氨酸具有良好的电催化活性。研究了扫描速率、L-半胱氨酸浓度和聚苯胺含量的影响。随着聚苯胺含量从10wt.%增加到40wt.%,检出限从0.032μM明显下降到0.012μM。系统分析了聚苯胺复合镍酸铋纳米棒修饰玻碳电极电化学检测酒石酸的电化学行为。研究了扫描速率和酒石酸浓度对聚苯胺复合镍酸铋纳米棒修饰玻碳电极检测酒石酸的影响。电化学CV峰的电流随着扫描速率和酒石酸浓度的增加而线性增加。聚苯胺含量从10wt.%增加到40wt.%,线性范围从0.001-2 mM增加到0.0005-2 mM,检出极限从0.37μM减少到0.18μM。与裸玻碳电极和纳米棒修饰玻碳电极相比,聚苯胺复合纳米棒显著提高了L-半胱氨酸和酒石酸的电化学检测性能。
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