有序介孔碳及其复合材料修饰电极的电化学(生物)传感应用

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碳材料(碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、介孔碳等)因其优异的导电性、热学特性及机械性能,在基础研究和工业应用领域受到人们的广泛关注。有序介孔碳是一种新型的碳材料,其合成方法在1999年被首次报道。有序介孔碳因其均一可调控的孔结构、高的比表面积、大的孔体积、化学惰性及良好的导电性,在吸附剂、储能器及非均相催化剂等方面表现出十分广阔的应用前景。近年来,有序介孔碳及其复合材料作为一种新颖的电极材料,在电化学和电催化领域越来越受到人们的重视。在本论文中,我们对有序介孔碳及其复合材料的合成及电催化性质进行了研究和讨论。具体的研究内容如下:(1)制备了一种高灵敏的基于有序介孔碳修饰电极的莱克多巴胺电化学传感器。采用循环伏安法(CV)研究了莱克多巴胺在修饰电极上的电化学行为和反应机理。结果表明,莱克多巴胺在有序介孔碳修饰电极上表现出良好的电化学行为,其氧化反应发生在两个酚羟基上,电化学过程有两个电子和两个质子参与。采用微分脉冲伏安法(DPV)研究了富集电位和富集时间等参数对氧化峰电流的影响。在最佳实验条件下,莱克多巴胺的峰电流与其浓度在0.0858.0μM范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.06μM (S/N=3)。将该方法应用于猪肉中的莱克多巴胺的检测,结果令人满意。(2)利用蔗糖和醋酸镍在SBA-15孔道内同步热分解的方法,制备出了有序介孔碳/氧化镍纳米复合材料。氧化镍纳米粒子能成功镶嵌到有序介孔碳的孔道上并保持有序介孔碳原来的高度有序性。首次将该复合材料修饰到玻碳电极上,采用循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)研究了肾上腺素(EP)在此修饰电极上的电化学行为。在最佳实验条件下,EP的氧化峰电流与其浓度在2.0×10-7mol/L8.0×10-5mol/L范围内呈现出良好的线性关系,检出限为3.8×10-8mol/L (S/N=3)。此修饰电极可在高浓度尿酸共存的条件下实现对EP的选择性测定。用该修饰电极测定实际样品中EP的含量,结果令人满意。(3)结合有序介孔碳(OMC)、纤维素-金纳米粒子(Au@QC)、离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)三者之间的协同效用和血红蛋白(Hb)的催化特性,成功制备出一种新型的H2O2生物传感器。Au@QC和BMIMBF4为Hb提供了良好的生物相容微环境,而OMC促进了血红蛋白与电极间的电子交换。用交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)对复合膜修饰电极进行了表征,结果表明Hb在Au@QC-BMIMBF4/OMC复合膜内保持了生物活性,并表现出优良的直接电化学行为。在最佳的实验条件下,采用安培检测研究了复合膜修饰电极对H2O2的电催化行为,结果表明安培电流与H2O2浓度在0.4961.68μM范围内表现出良好的线性关系,最低检出限可达0.068μM (S/N=3)。基于此,我们成功构建出一种无媒介的第三代H2O2生物传感器。
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