论文部分内容阅读
由碳原子紧密堆积形成的石墨烯(graphene)纳米材料,因具有单层二维蜂窝状晶格结构和优良的力学、电学及电化学性质,在微纳光电器件、新型复合材料、传感材料等方面有着广阔应用前景,近年来受到了人们的特别关注。研究表明,根据制备石墨烯时所使用的原材料和工艺流程,可获得形态和尺寸各异的石墨烯纳米材料。其中,与普通的片层石墨烯相比,石墨烯纳米带(graphenenanobbrion)又可表现出很多特殊的化学性能。本论文围绕石墨烯纳米带的制备、表征及其在电化学生物传感器和电催化领域的应用展开研究,具体内容及得到的结果如下:
(1)通过化学氧化法裂解碳纳米管(CNTs)制备了氧化石墨烯纳米带(裂解碳纳米管:UCNTs),用SEM、TEM、XRD、XPS等方法对产物的表面形貌、元素组成和结构进行了表征,并分别用K3Fe(CN)6、DA、AA、UA、NADH和O2做为电活性物质,表征了UCNTs和电还原裂解碳纳米管(ER-UCNTs)修饰电极的电化学性质。结果表明,K3Fe(CN)6在ER-UCNTs修饰电极上发生氧化还原反应时,具有更小的峰电位差(△Ep=79 mV)、较大的峰电流和较快的电子传递；ER-UCNTs修饰电极对AA、DA和UA分子都具有优良的电催化氧化活性和选择性,对AA、DA的检测限分别为45.0μM和1.66μM；在ER-UCNTs修饰电极上,NADH和O2的氧化过电位可得到大大降低。这些结果证明,在电催化应用领域,所制备的UCNTs材料作为电极修饰物具有很好的应用前景。
(2)采用电化学自组装方法制备了裂解碳纳米管.葡萄糖氧化酶膜电极(UCNTs-GOD),构建了葡萄糖传感器并应用于葡萄糖的检测。其中,使用SEM对自组装和未自组装修饰电极的表面进行了表征,并结合电化学CV法对自组装过程的机理进行了推断。测试结果表明,所制备的葡萄糖传感器具有响应快、干扰小、重现性和稳定性好等特点,其中,在1～10 mM的葡萄糖浓度范围内,传感器与电流响应呈现出良好的线性关系,最低检测限为0.06 mM；同时,传感器具有很好的酶生物催化活性,可实现葡萄糖氧化酶的直接电子转移。
(3)应用电沉积方法将Pt-Pd双金属纳米粒子沉积在UCNTs修饰的玻碳电极上,研制了Pt-Pd/UCNTs无酶型葡萄糖传感器。用SEM、XPS、CV法对Pt-Pd/UCNTs复合纳米材料的表征结果表明,修饰电极上Pt-Pd金属纳米粒子颗粒均匀且分散性较好。在碱性介质中,对葡萄糖的电催化性能研究结果表明,与UCNTs、Pd/UCNTs和Pt/UCNTs修饰电极相比,Pt-Pd/UCNTs无酶葡萄糖传感器具有响应电流大、时间快、选择性好等优点。