石墨烯和稀土纳米材料的制备及其在电化学传感器中的应用

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纳米材料独特的物理化学性质,使得其在化学分析、生物医药、电子器件等领域得到了广泛应用。随着纳米科技的飞速发展,稀土纳米材料、石墨烯及其衍生物的制备也得到了快速发展,因其具有比表面积大、催化性能高、生物相容性好等优越的电化学性质,成为构建电化学传感器的新颖纳米材料。电化学传感器作为一种重要的化学分析检测技术,具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强、操作简单等优点,已被广泛应用在环境检测、医药分析、食品安全等领域。本论文基于纳米材料构建新型传感器,应用于分子、离子等的分析检测中。主要研究工作如下:(1)通过水热法制备稀土纳米化合物─Er2O3。将Er2O3、氧化石墨烯(GO)和葡萄糖氧化酶(GOD)充分混合后固载在玻碳(GC)电极表面,制备出新型葡萄糖电化学生物传感器。利用SEM和XRD技术对Er2O3和GO纳米材料进行表征。采用循环伏安(CV)和电化学交流阻抗(EIS)技术对不同修饰电极进行表征,表明Er2O3能有效的保持GOD的生物活性并提高其电子转移速率。由于Er2O3和GO的协同作用,使得该生物传感器出现一对明显的氧化还原峰,并进一步提高了GOD和电极间的电子转移速率。当葡萄糖的浓度在110 mM范围内时,该电化学传感器表现出良好的线性关系。此外,该电化学生物传感器具有稳定性好、检测范围宽、成本低等特点。(2)采用水热法制备纳米HoPO4(n-HoPO4),并利用SEM、EDS对其进行形貌表征和元素组成分析。将n-HoPO4、血红蛋白(Hb)充分混合后,滴涂在GC电极表面,成功制备出一种H2O2电化学生物传感器。采用CV和EIS技术对不同修饰电极进行表征,结果表明,Hb/n-HoPO4/GC电极对H2O2具有良好的电催化性;n-HoPO4具有良好的导电性、生物相容性,可以促进Hb与工作电极间的电子转移速率。在优化实验测试条件下,当H2O2在501000μM浓度范围内时,该电化学生物传感器表现出良好的线性关系,相关系数R2=0.998,最低检出限为16.67μM(S/N=3)。此外,该电化学生物传感器具有良好的电催化性、宽的检测范围、强的抗干扰能力等特点,可用于H2O2的检测。(3)将石墨烯量子点(GQDs)固载在裸玻碳电极表面形成石墨烯量子点修饰膜,制备出一种新型的亚硝酸盐(NO2-)电化学传感器。利用TEM和XRD对石墨烯量子点材料进行表征;采用CV、DPV和i-t技术研究NO2-在石墨烯量子点修饰电极表面的电化学行为。实验结果表明,该电化学传感器对NO2-具有良好的电催化氧化性,并在其浓度129μM范围时表现出良好的线性关系,最低检出限为3.33×10-7 M(S/N=3)。此外,该电化学传感器具有检测范围宽、检出限低、选择性好和抗干扰能力强等优点。(4)采用水热法合成纳米Dy2(WO43,并通过原位还原氯金酸制备Au-Dy2(WO43纳米复合材料,利用UV、TEM对制备的材料进行表征。将Au-Dy2(WO43滴涂在GC电极表面,制备出一种新型电化学传感器,采用CV法对修饰电极的制备过程进行了表征。采用DPV法研究UA、NO2-在修饰电极上的电化学行为。结果表明,该电化学传感器对UA、NO2-同时具有出良好的催化性,分别在0.081.0 mM和0.011.0 mM浓度范围内表现出良好的线性关系,最低检出限分别为2.67×10-5 M和3.33×10-6 M。
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