纳米银的制备及其在电化学传感器中的应用

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随着科学技术的快速发展,传感器技术也得到了快速的发展。众所周知,传感器与人类的生活密切相关,应用于很多领域,如:环境监测、食品安全和临床医学等。其中,电化学传感器作为传感器中的一种,由于适用于各个领域的检测,成为了许多研究者们研究的热点。设计优良性能的电化学传感器,将其应用与人类生活的各个领域具有十分重要的现实意义。因此,本论文从研究电化学传感器传感机理出发,针对现阶段热点的检测需求,致力于材料合成及传感器性能优化,制备了可应用于重金属离子检测、葡萄糖检测和过氧化氢检测的多种电化学传感器,并对上述传感器传感机理、传感性能及各项敏感特性进行了深入系统地研究。主要内容分为以下三个部分:(1)针对环境污染中的有害物质检测问题,提出了基于电化学传感器用于重金属离子检测的方法。采用电沉积的方法,在硝酸银单一溶液中,使用铂网作为基底,制备具有枝晶结构的纳米银。将铂网上的枝晶纳米银进一步超声处理得到纳米银粉末。首先,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)进行表征。然后,将其修饰至玻碳电极表面,采用频率阻抗扫描法(EIS)和线性循环伏安法(CV)对改性电极进行电化学性能表征。接着,采用方波溶出伏安法(SWASV)和差分脉冲伏安法(DPV)检测重金属离子,其中采用SWASV法同时检测浓度范围为0.05μmol·L-1~0.45μmol·L-1的镉(Cd(II))、铅(Pb(II))、铜(Cu(II))和汞(Hg(II))四种重金属离子,其各自检测限分别为0.145μmol·L-1、0.104μmol·L-1、0.115μmol·L-1和0.087μmol·L-1。最后,进一步证明电极材料的稳定性。纳米枝晶银可作为用于检测重金属离子检测的有潜力的材料之一。(2)纳米银的功能多样且应用广泛。为了研究枝晶纳米银与电化学传感器结合在其它物质检测中的应用,调整沉积条件,在单一的硝酸银溶液中使用铜网作为基底,采用电沉积的方法制备枝晶纳米银。首先,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征合成的纳米枝晶银结构形貌。接着,分别采用循环伏安法(CV)和交流阻抗(EIS)进一步对其进行电化学表征,实验结果表明,枝晶纳米银具有良好的电化学特性。然后,将合成的纳米银修饰玻碳电极,搭建电化学葡萄糖检测系统,采用计时电流法对葡萄糖进行检测。该电化学葡萄糖传感器的检测限可以达到3.0×10-7mol·L-1(S/N=3)。该非酶葡萄糖传感器检测限度达到国内外同类葡萄糖检测水平,同时此电化学传感器具备制备简单﹑成本低﹑优异的选择性和稳定性等特点,表现出非常良好的应用前景。(3)为了研究不同形貌的纳米银检测同种物质时,检测结果的差异性,本研究提出了采用多元醇还原法制备银纳米线(Ag NWs)和按摩轴状的粗糙银纳米线(M-R Ag NWs),将其应用于对葡萄糖和过氧化氢的检测。首先,将两种合成的银纳米线的形貌通过FE-SEM进行表征。接着,在三电极体系中通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)进一步进行了电化学表征,实验结果表明,合成的两种形貌的银纳米线对葡萄糖和过氧化氢都有良好的电化学特性。将两种形貌的银纳米线通过计时电流法对葡萄糖和过氧化氢(H2O2)进行对比检测,实验结果表明M-R Ag NWs对葡萄糖和过氧化氢表现出更好的催化特性,且M-R Ag NWs制备的电化学传感器对过氧化氢和葡萄糖的检测限分别为0.3μmol·L-1和0.18μmol·L-1,灵敏度分别为4.68 m A·m M-1·cm-2和4.22 m A·m M-1·cm-2。此外,M-R Ag NWs构成的电化学传感器进行了抗干扰检测,实验结果表明,M-R Ag NWs电极在检测过程中干扰物的影响可以忽略不计。
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