石墨烯量子点基电化学传感平台的构建及其应用研究

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本文以制备的石墨烯量子点-TiO2(GQDs-TiO2)纳米复合材料为光电化学(PEC)敏感材料,构建了GQDs-TiO2基PEC传感平台,并分别实现了Co2+和多巴胺(DA)的PEC传感检测;同时利用电化学沉积技术成功构建了壳聚糖/石墨烯量子点(CHIT-GQDs)电化学发光(ECL)传感平台,共反应剂K2S2O8呈现良好的ECL响应;此外,还以原位法制备的金纳米粒子-还原氧化石墨烯(Au NPs-RGO)为ECL信号放大材料,构建了DA的ECL传感平台。具体研究内容如下:  1、按照不同的GQDs和TiO2投料比,采用简单的物理吸附法制备了一系列GQDs含量不同的GQDs-TiO2纳米复合材料,并利用红外(FT-IR)、透射电镜(TEM)、紫外(UV-vis)和X射线衍射(XRD)等手段对其进行了表征。PEC性能研究表明,GQDs-TiO2中GQDs的含量严重影响着PEC的响应光电流,其中GQDs和TiO2投料比为7∶10时的响应光电流最大。以该GQDs-TiO2为PEC敏感材料,基于Co2+对光电流信号的抑制作用,构建了Co2+的PEC传感平台,结果表明Co2+浓度在0.02~100μM范围内的增加,与其相应光电流强度的减少呈良好的线性关系,Co2+的检出限为6.7×10-9M(S/N=3)。  2、进一步研究GQDs-TiO2(7∶10)的PEC性能发现,与单组分的GQDs和TiO2相比,其响应光电流分别增强了30倍和12倍,呈现GQDs和TiO2的协同作用机理。同时DA能够选择性敏化GQDs-TiO2的PEC信号,且其敏化PEC信号强度与DA浓度在0.02~105μM呈良好的线性关系,DA的检出限为6.7×10-9M(S/N=3)。所研制的PEC传感器具有良好的稳定性,可用于实际样品中DA的测定。  3、以CHIT为分散剂和固定材料,采用一步电化学沉积技术,成功制备了CHIT-GQDs纳米复合膜,实现了GQDs的固定化。以K2S2O8为共反应剂,研究表明,所构建的CHIT-GQDs纳米复合膜呈现良好的ECL性能,比滴涂法制备的纳米复合膜稳定性更好,且其ECL强度的对数和K2S2O8浓度的对数呈良好的线性关系,其线性范围为0.01 mM~150 mM,检出限为3.3μM(S/N=3)。这为进一步开展GQDs的ECL应用研究奠定了基础。  4、此外,采用原位法制备了Au NPs-RGO纳米复合物,并采用FT-IR、Raman、TEM等手段对其进行了表征。以K2S2O8为共反应剂,研究表明,Au NPs-RGO的ECL信号分别为Au NPs和RGO的2.7和4.0倍。同时DA能够选择性敏化Au NPs-RGO的ECL信号,在优化条件下,其敏化的ECL信号强度与DA浓度的对数在0.02~105μM呈良好的线性关系。所制备的传感器可被用于检测人体血清中的DA含量。
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