功能化多壁碳纳米管电极的构筑及其电化学传感研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidfeng2009
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碳纳米管具有比表面积大、电荷传递能力强、吸附性能好、以及催化能力强等优良特性。卟啉化合物由于其特殊的二维共轭π电子结构从而使其能够被广泛应用于各种光电研究中。然而碳纳米管修饰到电极表面容易脱落,并且往往达不到检测的灵敏性。卟啉修饰电极则由于制备条件控制不当,达不到理想的研究效果。因此,如果将碳纳米管与卟啉化合物有效的结合,则可望能够克服单独使用时存在的缺陷,这就会在光电研究、生物、材料科学以及环境等许多相关学科展开广阔的应用前景。本论文以单羟基苯基卟啉和多壁碳纳米管为修饰剂,制备了一种羟基苯基卟啉聚合膜功能化的多壁碳纳米管修饰电极,并研究了此修饰电极对硝基化合物的电化学还原行为。在此基础上,制备了四羟基苯基卟啉功能化碳纳米管材料,通过电化学方法、紫外以及密度泛函理论研究了苯二酚同分异构体与四羟基苯基卟啉功能化碳纳米管的作用原理。进一步,利用化学有机合成的方法,合成了单羟基苯基卟啉共价修饰的碳纳米管材料,并且通过简单的电沉积的方法在卟啉/碳纳米管材料修饰电极地表面沉积了纳米银并将其用于硝基化合物的电化学探讨研究中。主要研究内容如下:1.卟啉聚合膜修饰碳纳米管电极的制备及其对硝基化合物的电化学还原研究将单羟基苯基卟啉通过电化学聚合的方法成功地修饰到碳纳米管的表面并且研究了卟啉与硝基化合物的作用机理。研究发现,在形成网状卟啉膜的过程中,碳纳米管作为重要的基底材料促进了电子的转移速率。更重要的是,随着卟啉环外羟基的增多,硝基化合物的电化学响应增强,这也验证了卟啉与硝基化合物存在着-acceptor-donor相互作用。因此,这将对发展、建立检测痕量硝基芳香化合污染物的传感器有一定的引导和推动作用。2.四羟基苯基卟啉聚合膜修饰碳纳米管电极的制备及其对苯二酚同分异构体的分离检测通过电聚合的方法将具有大环π共轭结构的四羟基苯基卟啉成功地修饰到吸附能力强的碳纳米管的表面并制得修饰电极。这种新型修饰电极能够依赖三种苯二酚同分异构体不同的氧化电位以及相应的电流值快速并同时检测苯二酚同分异构体。通过紫外光谱和密度泛函理论探讨分析了四羟基苯基卟啉分离检测苯二酚同分异构体的可能机理。研究发现,卟啉功能化碳纳米管修饰电极检测分离苯二酚同分异构体是依赖于卟啉薄膜诱导氧化三种异构体的优先顺序的不同,而这种优先顺序主要是归因于三种苯二酚同分异构体与四羟基苯基卟啉环外的羟基以及卟啉大π共轭环的作用力的不同。更重要的是,这种卟啉功能化碳纳米管膜给同时检测分离苯二酚同分异构体提供了一个良好的界面以及高效的研究平台。3.纳米银/单羟基苯基卟啉修饰碳纳米管电极的制备及其应用研究运用有机合成的方法将具有-donor特性的单羟基苯基卟啉共价嫁接于到酸化处理后的碳纳米管的表面。通过紫外研究发现此功能化碳纳米管材料的紫外吸收发生红移,显示了碳纳米管与卟啉的有效结合使得卟啉的大π共轭结构增强,从而暗示了单羟基苯基卟啉修饰的碳纳米管能够用于检测π电子受体的有机硝基化合物。进一步地,我们利用电化学沉积的方法将纳米银成功地修饰到卟啉功能化碳纳米管的表面,并且研究了此新型材料对于硝基化合物的电化学响应。研究结果表明,此修饰电极对硝基化合物的电化学响应显著提高,对发展检测痕量硝基化合物的传感器有一定的引导作用。
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