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本论文首先以氧化石墨烯(GO)为前驱体,通过一步溶剂热法制备了Fe3O4/还原氧化石墨烯(Fe3O4/rGO)纳米复合物;然后分别以制得的Fe3O4/rGO纳米复合物为基体材料,采用平衡吸附法制备了酞菁铁@Fe3O4/rGO(FePc@Fe3O4/rGO)功能纳米复合材料,通过静电组装法将多酸阴离子[PMo12O40]3-(PAA)和联吡啶钌(Ru(bpy)32+)阳离子依次组装在Fe3O4/rGO纳米复合物表面,制得了Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO功能纳米复合材料;最后考察了所制得的两种Fe3O4/rGO基功能纳米复合材料在电化学传感领域的应用。具体工作如下:
1.以改进的Hummers法制备的GO为前驱体,通过溶剂热法制备了Fe3O4/rGO纳米复合物,透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征表明,Fe3O4磁性纳米球均匀分布在rGO表面,这种结构有效降低了Fe3O4纳米球的团聚和石墨烯片层之间的堆叠,有利于Fe3O4纳米球磁性的保持,同时也能有效增大复合材料的比表面积。
2.以制得的Fe3O4/rGO纳米复合物为基体材料,利用平衡吸附法成功制备了FePc@Fe3O4/rGO纳米复合材料。利用磁滞回线(VSM)、X射线衍射图谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等分析测试手段对所制备的FePc@Fe3O4/rGO纳米复合材料进行了性质表征。通过简单的磁控修饰方法制备了基于FePc@Fe3O4/rGO纳米复合材料的仿酶传感器,实现了对叔丁基过氧化氢(TBHP)的仿生催化。在20μM~60mM的浓度区间内,催化电流的大小与TBHP浓度之间呈现良好的线性关系,线性相关系数为0.9987,检出限可达7.5μM(S/N=3)。该传感器具有良好的稳定性和重现性。
3.以Fe3O4/rGO为基体材料,通过静电组装法将多酸阴离子PAA和Ru(bpy)32+阳离子依次组装在Fe3O4/rGO表面,制备了Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO多功能纳米复合材料。采用SEM、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(xPS)等手段对其进行了形貌、组成和性质研究。VSM和光致发光光谱表征显示,Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO复合材料兼具出色的磁性和荧光性能。进一步,利用磁吸附作用将Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO固定在磁性玻碳电极表面,以三正丙胺(TPA)为共反应剂,考察了该复合物的电化学发光(ECL)性质。在2×10-10~2×10-3M的浓度范围内,ECL信号强度与TPA浓度的对数值之间呈现良好的线性关系,检出限可达7×10-11M(S/N=3)。
4.通过磁控修饰方法建立了基于Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO修饰电极的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)电化学发光检测方法。进一步通过简单的涂布方法将乳酸脱氢酶修饰在Ru(bpy)32+/PAA/Fe3O4/rGO表面研制成乳酸传感器。研究结果表明,在2.0×10-9~2.0×10-3 M的浓度区间内,ECL强度与乳酸浓度的对数值之间呈现良好的线性关系,线性相关系数为0.9980,检出限可达6.7×10-11M(S/N=3)。该传感器具有良好的重复性和稳定性,常见干扰物质(抗坏血酸、葡萄糖和尿酸)的存在对乳酸的检测没有明显的干扰现象,表明该乳酸传感器具有良好的选择性。