电化学传感器是指利用电活性材料（酶、抗原、抗体、电子媒介体等）或具有催化活性的材料（纳米酶、纳米材料等）作为识别元件,电极作为换能元件,以此实现电化学响应信号输出的一类传感器。电化学传感器由于具有低成本、响应快速、设备简单和易于微型化等特点而广泛引起了研究者的兴趣。构筑高性能的电化学传感器关键在于制备高活性电极,主要体现在寻求优良的活性材料和有效的组装修饰方式两方面,以此实现电极表面直接快速的电子和质子传递过程,并提升电活性材料的催化效率,从而获取高灵敏度、高选择性和高稳定性的电信号。本论文主要设计制备修饰在电极表面的活性材料,围绕着利用具有多重氧化还原活性的共价有机框架材料（COF）,及其负载或包裹的活性分子制备得到相应的纳米复合材料,发展了一系列比率电化学传感器,并有效用于葡萄糖、H₂O₂和pH的定量检测。具体开展工作如下:1.基于多重氧化还原活性COF_DHTA-TTA构筑的比率电化学传感器。通过单体4,4’,4’’-（1,3,5-三嗪-2,4,6-三烷基）三苯胺和2,5-二羟基三乙醛发生胺醛缩合反应,合成制备了一种具有多重氧化还原活性的COF_DHTA-TTA材料,并首次作为传感平台应用于电分析化学领域。合成制备的COF_DHTA-TTA是一种具有高度有序共轭结构的二维纳米片材料,自身具有尺寸约为3.67 nm的有序介孔孔洞。通过电化学研究表明,COF_DHTA-TTA分子自身可作为一种电活性材料,通过电流和电位信号输出,以此分别构建过氧化氢（H₂O₂）和pH比率电化学传感器。利用该传感器能够同时检测H₂O₂浓度（5.66?400μM）和pH范围（11.0?3.0）。另外,考虑到COF_DHTA-TTA分子自身在中性条件下,就能对氧还原反应有良好的催化活性,因此凭借COF_DHTA-TTA材料的纳米孔洞结构和源于氮-掺杂骨架产生的丰富活性位点,进一步负载葡萄糖氧化酶（GOD）构建葡萄糖传感器,并在-0.30 V和-0.53 V均表现出了良好的传感性能。该工作为后续利用电活性COF材料构筑电化学传感器提供了良好的借鉴。2.基于具有双孔通道的COF_ETTA-TPAL有序负载双酶分子构筑的比率电化学生物传感器。采用单体4,4′,4″,4?-（乙烯-1,1,2,2-）四苯胺和对苯二甲醛脱水缩合制备具有双孔尺寸分布的层状COF_ETTA-TPAL材料,该材料是一种具有高度有序共轭结构的二维晶体纳米片,孔径大小分别为3.06 nm和0.87 nm。该材料独特的孔洞结构能满足不同生物酶的负载需求,从而可直接作为基质材料使用。研究表明,微过氧化物酶（MP-11）和GOD分子的尺寸恰好分别与该材料的两种孔洞匹配,能够通过孔道嵌入或COF_ETTA-TPAL材料的N-掺杂骨架和酶分子裸露的羧基（-COOH）间形成氢键的方式被负载。鉴于MP-11可以在生理环境下催化氧还原,因此基于双孔通道COF_ETTA-TPAL层状材料负载GOD-MP-11双酶分子可构筑葡萄糖比率电化学传感器。该体系对葡萄糖显示出良好的催化性能和选择性,检出限低至4.97μM,线性范围为0.017?3 mM。该工作为采用COF材料作为基质负载酶分子或蛋白质构筑电化学生物传感器提供了有意义的借鉴。3.基于COF_ETTA-TPAL-Fc（COOH）₂纳米微球构筑“开关型”H₂O₂比率电化学传感器。通过单体4,4′,4″,4?-（乙烯-1,1,2,2-）四苯胺和对苯二甲醛脱水缩合反应,制备得到一种具有纳米片结构的二维COF材料(COF_ETTA-TPAL)。我们首次利用“一锅法”方式,将电活性分子二茂铁二甲酸（Fc（COOH）₂）包裹在COF_ETTA-TPAL材料中,制备得到大小为200 nm的表面分布有密集孔穴的均匀纳米微球COF_ETTA-TPAL-Fc（COOH）₂。该COF_ETTA-TPAL-Fc（COOH）₂纳米微球相较COF_ETTA-TPAL纳米薄片(423.17 m² g^-1,3.46 nm)具有更小的比表面积和更大的孔洞结构(281.14m² g^-1,5.56 nm)。由于Fc（COOH）₂与过氧化氢（H₂O₂）互相作用,而H₂O₂可以在COF_ETTA-TPAL材料表面经历自歧化过程,因此获得的COF_ETTA-TPAL-Fc（COOH）₂纳米微球可用于设计构筑无酶H₂O₂比率传感器。结果表明随着H₂O₂的不断加入,分布在-0.5 V附近产生的氧气还原峰电流(j_{-0.5 V})作为检测信号逐渐增加,而位于0.45 V的Fc（COOH）₂的还原峰电流(j_{0.45 V})作为内参却连续减小,因此j_{-0.5 V}/j_{0.45 V}比值电流最终被作为响应信号输出用于定量检测H₂O₂。我们构筑的“开关型”比率H₂O₂电化学传感器呈现出良好的催化性能和选择性,其线性检测范围为1.1?500?M,检出限约为0.33?M。因此,该研究为利用COF材料负载电活性分子用于电分析化学研究提出了一种新的思路。4.铁卟啉基COF材料的电化学传感研究。我们首次合成了一种基于铁卟啉基的二维COF材料(COF_{p-Fepor NH2-BTA})并应用于电化学传感研究。首先通过单体5,10,15,20-四丁基（4-氨基苯）-21H,23H-卟啉（p-por NH₂）和均苯三甲醛（BTA）发生胺醛缩合反应制备COF_{p-por NH2-BTA}原料,进一步通过后修饰方式得到金属卟啉COF_{p-Fepor NH2-BTA}。经表征,我们合成的COF_{p-por NH2-BTA}是一种形貌规则、尺寸均匀的1μM球形颗粒,而且具有高度有序的晶体结构和丰富的微孔,其尺寸约为1.4 nm。而经后合成法获得的COF_{p-Fepor NH2-BTA}目标材料基本维持原有球形尺寸形貌和晶形结构,但表面变得更为粗糙,主要的微孔分布为0.89 nm。电化学研究表明,COF_{p-Fepor NH2-BTA}材料自身具有一对良好的氧化还原峰和源自卟啉环腔丰富的多重质子活性中心,因此,我们分别利用该材料的电流和电位信号输出,同时对H₂O₂和pH进行定量检测。该传感器表现出对H₂O₂高效的电催化活性,检出限低至2.06 nM,线性范围为6.85 nM?7μM,pH的测定区间为3.0?9.0。该工作为基于金属卟啉衍生的COF材料在电化学传感方面的应用提供了借鉴。