碳基纳米复合材料的制备、表征及其在化学修饰电极中的应用研究

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近些年来,有关材料科学技术方面的研究中,碳基纳米材料一直是研究的热点,更是以碳纳米管、石墨烯以及富勒稀为其典型代表。碳基纳米材料不但具有如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等纳米材料的基本性质,而且,由于其特殊结构,产生了一系列如大的比表面积、高催化活性、强亲和力以及有效固定生物分子等一系列独特的物理化学性质。正是由于碳基纳米材料如此多优异的电学、光学以及机械性能,使其在化学(尤其是分析化学)、电子学、环境、生物医药和化学、生物传感器等领域都得到了广泛的研宄和应用。本硕士学位论文以碳纳米管、石墨烯为基本碳纳米材料,通过π-π相互作用,制备了碳纳米管/茜素红、石墨烯/亚甲基蓝碳基纳米复合材料。通过自组装、原位生长、同时绿色还原等方法在石墨烯/亚甲基蓝表面负载金纳米颗粒,制得新型的石墨烯/亚甲基蓝/金纳米颗粒纳米复合材料。对所制备的纳米复合材料进行了一系列的表征和分析,研宄了以其为修饰材料构建的电化学传感器在电分析化学中的实际应用。具体工作内容如下:1.碳纳米管/茜素红纳米复合材料的制备及其在过氧化氢检测中的应用。利用碳纳米管与茜素红有机分子(具有电化学活性)之间的π-π相互作用,使茜素红牢牢地固定在碳纳米管表面而形成纳米复合材料。通过多种分析手段对此纳米复合材料进行了结构表征和理化性质分析。结果表明,通过此简单方法制备的碳纳米管/茜素红纳米复合材料具有良好的电化学活性。其中,碳纳米管能够促进电子的转移传递,而具有电活性的茜素红则起到了电子中介体的作用。此纳米复合物作为修饰材料而制备的电极,在过氧化氢的检测上具有良好的实际应用效果。2.基于原位生长、自催化和同时绿色还原,纳米复合材料石墨烯/亚甲基蓝/金纳米颗粒的合成及其电分析化学应用。首先,通过π-π相互作用,在氧化石墨烯的表面覆盖上一层带正电荷的亚甲基蓝膜。然后,通过静电吸附作用将氯金酸根离子吸附到此亚甲基蓝膜的表面。最后,通过绿色还原剂—抗坏血酸,将氧化石墨烯和氯金酸根离子一步还原为石墨烯和金纳米颗粒,从而形成目标纳米复合材料。亚甲基蓝由于其具有一定的还原性而可以作为抗坏血酸的辅助还原剂,同时由于静电吸附作用可以作为金纳米颗粒原位生长的位点。而生成的金纳米颗粒可以作为氧化石墨烯还原的催化剂,因而起到自催化的作用。此目标纳米复合材料对抗坏血酸、多巴胺、尿酸的氧化具有良好的催化效果,在此三者的电化学分析上具有广阔的应用前景。3.石墨相氮化碳的改性及其电分析化学应用。石墨烯由于其特殊的结构而具有一系列独特的电化学性质,石墨相氮化碳与石墨烯具有相似的平面网状结构,因而推断石墨相氮化碳同样具有较高的电化学活性,能够在电分析化学中得到良好的应用。通过热缩合三聚氰胺的方法合成了石墨相氮化碳,并通过酸化处理来克服其不分散、不导电的缺点,将此材料成功应用到了电化学传感器上。
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