论文部分内容阅读
快速精确地测定血糖浓度对于糖尿病的诊断和治疗具有重要意义。此外,葡萄糖的检测在生物工程、食品检测方面也有重要应用。电化学检测葡萄糖浓度具有快速、准确和高效的特点而被广泛关注,而电极材料是决定电化学检测葡萄糖性能的关键因素。非贵金属及其氧化物纳米材料作为电极材料为非酶葡萄糖电化学传感器的发展提供了新的方向。过渡金属及其氧化物纳米材料因成本低和良好的氧化还原性能被广泛用于非酶葡萄糖电化学传感器。石墨烯作为二维纳米碳材料,具有比表面积大、导电性好等优点,是电活性催化剂理想的载体材料。本文首先采用水热法和液相沉淀法制备出纳米氧化镍前驱体,经高温热处理得到纳米氧化镍,并探究了制备方法、碱源、反应溶剂组成和分散剂在水热过程中对合成氧化镍结构和形貌以及葡萄糖检测性能的影响。其次,采用改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯,然后将氧化石墨烯从源头加入到制备氧化镍前驱物的水热釜中,再经高温处理获得石墨烯负载的纳米氧化镍复合材料NiO/rGO。另外,采用液相还原法制备了纳米镍,并探究了溶剂和还原剂用量对纳米镍电极材料检测葡萄糖性能的影响。然后,从源头加入还原氧化石墨烯,采用液相还原法制备了石墨烯负载纳米镍的复合材料Ni/rGO。运用XRD、SEM、FT-IR、CV和I-t等方法对上述材料的结构、组成、形貌和葡萄糖检测性能进行了表征和测试,得出以下主要结论:（1）以尿素为碱源水热制备的NiO-urea-HT呈现出由微小颗粒和纳米纤维共存的形貌,颗粒尺寸在100 nm以下,纳米纤维直径在25 nm左右;以乌洛托品为碱源制备的NiO-urotropine-HT呈现出纳米片层结构（片层厚度在10 nm以下）,纳米薄片又进一步无序堆叠形成了表面多孔的球状结构,其直径在10μm左右。采用不同溶剂组成制备的纳米氧化镍NiO-80%DMF-HT、NiO-50%DMF-HT和NiO-20%DMF-HT均呈现出不规则球状形貌,其尺寸分别为在160 nm、100 nm和120 nm左右。在分散剂（十二烷基硫酸钠SDS、聚乙烯吡咯烷酮PVP和聚乙二醇PEG）存在下制备的纳米氧化镍,其中NiO-SDS-HT和以石墨烯载体制备的NiO/rGO复合材料均显示薄壁多孔三维立体结构,孔壁厚度100 nm左右。总之,以尿素为碱源、SDS分散剂存在下、180℃水热制备得到的氧化镍和石墨烯负载氧化镍为具有纳米孔壁的多孔材料。（2）电化学测试结果显示以硝酸镍为镍源、尿素为碱源、水为溶剂、SDS为分散剂制备的薄壁多孔三维立体状氧化镍NiO-SDS-HT对葡萄糖的检测性能最优,灵敏度为665.4μA·mM-1·cm-2,检测范围为0.004-4.27 mM,最低检测限为1.10μM。复合材料NiO/rGO对葡萄糖的检测性能进一步提高,灵敏度为983.5μA·mM-1·cm-2,检测范围为0.004-6 mM,最低检测限为2.40μM。石墨烯大的比表面积和良好的导电性能为催化反应提供更多的反应位点。此外,NiO/rGO复合材料对抗坏血酸、尿酸和多巴胺等物质具有良好抗干扰性能,对葡萄糖有良好的选择性。（3）采用液相还原法制备金属镍电极材料时,乙醇作溶剂制备的纳米镍Ni-Et-N2H4-4（200 nm直径的小球）比水作溶剂制备的金属镍Ni-H2O-N2H4-4（2μm左右的球体且有团聚）有更小的尺寸;随着还原剂水合肼量的从4 mL增加到12 mL时,金属的形貌从光滑的小球变成粗糙的大球,最后变成纳米级无序多孔三维片层结构。此外,加入石墨烯载体制备的Ni/rGO复合材料呈现出无序多孔形貌。（4）电化学测试结果显示,以乙醇为溶剂、水合肼用量为12 mL制备的三维片层纳米镍Ni-Et-N2H4-12对葡萄糖检测性能最优,其灵敏度在0.01-1.10 mM范围为791.4μA·mM-1·cm-2,在1.10-4.40 mM范围为387.8μA·mM-1·cm-2,最低检测限为2.52μM;复合材料Ni/rGO对葡萄糖检测的灵敏度在0.004-1.87mM范围为1129.2μA·mM-1·cm-2,在1.87-3.37 mM范围为660.6μA·mM-1·cm-2,最低检测限为4.44μM。复合材料Ni/rGO表现出对葡萄糖良好的选择性和对多巴胺、抗坏血酸和尿酸等其它物质的良好抗干扰性能。