石墨烯基复合材料的制备及其药物电化学传感性能研究

来源 :江西科技师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiyuanboxue
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石墨烯具有许多优异性能如快速的电子传递能力、完美的量子隧道效应及大的比表面积,被公认为继碳纳米管后又一令人关注的碳纳米材料。但是石墨烯片层之间存在强烈的范德华力作用,易于团聚,极大地影响了石墨烯的应用。将石墨烯与其它材料进行复合,提高其分散性和导电性,是实现石墨烯功能化并拓展其应用最为有效的途径之一。电化学传感器由于构造简单、成本低廉、灵敏度高、实时在线分析等优点,在医疗保健、食品工业、农业和环境等领域中具有广泛的应用。电化学传感器的性能与电极上的修饰材料密切相关,寻求适当的电极修饰材料以提高其性能一直是人们研究的重要方向之一。本论文工作在综合文献报道的基础上,针对氧化石墨烯(GO)拥有大的表面积、独特空间结构和易于功能修饰等特点,将其作为前驱体制备石墨烯及石墨烯复合材料,利用石墨烯及石墨烯复合物作为修饰电极材料构建了一系列的药物分子电化学传感器,具体内容如下:(1)基于还原氧化石墨烯(RGO)构建的电化学传感器以其材料制备简单、电化学性能优异而越来越受到关注,然而在利用RGO作为修饰电极材料对部分药物分子的检测时其灵敏度和稳定性都不理想。本工作中利用电化学方法可控制备出一系列不同还原程度的石墨烯,考察它们对药物异烟肼的电催化性能,发现部分还原的氧化石墨烯(pRGO)相对于GO和石墨烯具有更高的灵敏度和更好的稳定性。实验中利用循环伏安法通过控制还原圈数来控制还原程度,还原5圈得到的石墨烯(RGO5)对异烟肼催化性能最佳。在最优条件下,利用RGO5修饰电极对异烟肼进行检测时其线性范围为0.09–100μM,其检测下限为15 nM(S/N=3),该传感器被成功用于尿液中异烟肼含量的分析检测。(2)利用电化学方法制备出还原氧化石墨烯-多壁碳纳米管(RGO-MWCNTs)复合材料,MWCNTs就像一根导线穿插于层层石墨烯片之间,能够促进GO的电化学还原。相比于纯RGO或MWCNTs,RGO-MWCNTs复合材料对己烯雌酚表现出更高的电催化性能。工作中对己烯雌酚在电极上的氧化机理进行了考察,并计算出电子转移系数(α)、表观速率常数(ks)和修饰电极的有效表面积(A)。在最佳实验条件下,RGO-MWCNTs修饰电极与己烯雌酚浓度在0.01–40μM范围内成线性关系,最低检测限为3 nM(S/N=3)。此外,所构建的传感器还表现出很好的重复性及稳定性。(3)通过联合化学法和电化学方法制备出夹心型结构的铂纳米粒子-石墨烯-铂纳米粒子(P-Gr-P)复合材料。首先,通过原位生长法制备P-GO-P复合材料,GO同时充当还原剂和稳定剂,铂纳米粒子能够生长在GO层的两面;第二步利用电化学方法将复合材料中的GO还原成Gr。夹心型结构P-Gr-P能够有效将Gr层间隔开,防止Gr聚集以提高电导率。考察了P-Gr-P作为修饰电极材料对舒喘宁的电催化性能,结果表明夹心型结构P-Gr-P具有比传统一步电化学沉积法制备得到的铂纳米粒子-石墨烯复合材料(PtNPs-Gr)更好的电催化性能。在最优条件下,P-Gr-P修饰过的电极对舒喘宁检测的线性范围为0.03–180μM,最低检测限为9 nM,优于目前报道的其它文献。此外该电化学传感器被应用于尿液中舒喘宁回收率评估并获得满意结果。(4)以β-环糊精(β-CD)聚集体为基底,结合电化学技术制备出三维石墨烯球。扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱及电化学阻抗谱等表征手段对所制备的三维石墨烯球/β-环糊精聚集体(3D GR/β-CDAs)进行表征,并对其形成机理进行了考察。3D GR/β-CDAs能够使电子在多维度传递,从而提高电子转移效率,对麦迪霉素的电催化性能优于二维结构的Gr及β-环糊精。在最佳条件下3D GR/β-CDAs修饰电极对麦迪霉素进行检测时其线性范围是0.07–250μM,检测下限为20 nM(S/N=3)。此外该电化学传感器还表现出较好的重复性、稳定性以及一定的抗干扰能力。
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