石墨烯及其复合材料葡萄糖传感器的制备及电化学腐蚀改性研究

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随着社会的进步以及人民生活水平的提高,糖尿病患者的数量与日俱增。目前,糖尿病已成为世界范围内最严重的慢性病之一,每年会导致数百万人数的死亡。对于糖尿病人类尚无可以根治的解决方法,对于糖尿病的预防大于治疗,血糖的早期诊断对于糖尿病的预防有着重要的作用,葡萄糖传感器是用于检测葡萄糖浓度的传感器,其能够对于葡萄糖含量进行快速和准确的诊断。对于葡萄糖传感器的研究一直也没有间断。在21世纪新型纳米材料的发展使得电化学传感器的性能得到了一个很大的提升,其中碳纳米材料-石墨烯,以其出色的化学稳定性、导电性、生物相容性等性质,大大提升了传感器的灵敏度、选择性和线性范围。电化学腐蚀作为一种氧化还原反应,经过电化学腐蚀金属基板表面会形成类似纳米片的腐蚀层。电极的表面会变得十分粗糙,而这些粗糙的表面特征能够提供更多的活性位点。本文以构造电化学葡萄糖传感器为目标,采用纳米材料石墨烯探索其在电化学传感器方面的应用,构建复合材料电化学葡萄糖传感器,并进行电化学腐蚀的改性研究以提升其检测葡萄糖的能力,主要内容如下:1、在石墨上采用电化学的方式剥离石墨烯,并通过电化学腐蚀的工艺对石墨烯本身进行腐蚀,测试电化学腐蚀对于石墨烯的影响。通过电化学工作站测量小CV表明,电化学腐蚀石墨烯可以造成石墨烯表面形貌发生改变,从而增大比表面积,以使电化学氧化还原反应的性能得到提升。2、在石墨基底上剥离石墨烯,并以此为载体,在此基础上电化学生长铜纳米粒子,形成石墨/石墨烯铜复合材料,铜纳米粒子的加入对于葡萄糖检测性能提升大。而电化学腐蚀石墨烯后进行生长铜纳米粒子与石墨烯生长铜纳米粒子的电极对于检测葡萄糖性能提升不大,说明石墨烯本身受电化学腐蚀影响小。3、以电化学剥离的方法在铜基底上剥离石墨烯,制备成单金属铜石墨烯复合材料。通过电化学工作站的循环伏安法和计时安培法电化学测量,发现采用单金属铜石墨烯复合材料相较于铜电极有着性能方面的较强提升。在进一步的基础上采用电化学腐蚀进行改性研究,通过SEM进行表征对材料的结构和表面形貌进行研究,发现电化学腐蚀生成了更多铜的氧化物,这有利于与葡萄糖进行催化氧化。,通过对于电化学工作站的循环伏安法和计时安培法的电化学测量方法发现,其在检测葡糖糖的性能上实现了更强的性能检测。并测试了其阻抗谱图,电化学腐蚀的样本的阻抗更低。4、在铜基底上在含有均匀分散在镍盐溶液中的石墨烯粉末电镀液中,通过电化学电镀的工艺制备铜镍石墨烯复合镀层。并通过电化学电镀的工艺制备双金属铜镍电极作为对照,通过电化学测量发现铜镍石墨烯复合镀层相较于双金属电极,有着性能方面的提升。然后在此基础上进行电化学腐蚀的改性研究,发现经过电化学腐蚀的铜镍石墨烯复合材料在检测葡萄糖上有着更加卓越的检测性能。
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