基于β-环糊精和石墨烯复合材料的修饰电极在电分析化学中的应用研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eric_nj
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石墨烯(Graphene)是由碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构,是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元。自2004年首次被报道以来,石墨烯在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能使之成为化学、材料科学及物理学领域近年来的研究热点。  任何事物都有它的两面性,石墨烯也不例外。它虽然具有上述种种优点,但由于高纯度的石墨烯疏水性强,易于发生不可逆团聚或重新堆叠成石墨,这极大地制约了它在制备电化学传感器方面的应用。石墨烯化学修饰电极的制备是一项极富挑战性的研究课题,对拓宽石墨烯的应用范围,丰富化学修饰电极的制备途径具有深远的意义。  β-环糊精是直链淀粉在芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的含有7个葡萄糖单元的环状低聚糖,它具有环内疏水环外亲水的特性,同时能够选择性的识别许多如有机分子等客体形成主客体包络物。另一方面,石墨烯具有大的表面积,优良的导电性和电催化性能。本文主要结合β-环糊精和碳材料的协同作用,并将其应用于色氨酸的手性识别和DNA碱基鸟嘌呤和腺嘌呤的同时检测中,具体工作如下:  1.通过单-6-脱氧-乙二胺-β-环糊精(CDen)与氧化石墨烯(GO)反应得到环糊精修饰的氧化石墨烯片(CDen-GO),进而加入水合肼和氨水还原得到酰胺键相连接的单-6-脱氧-乙二胺-β-环糊精-石墨烯(CDen-GNs)功能材料。选择单-6-脱氧-乙二胺-β-环糊精作为石墨烯的修饰材料,将石墨烯有效的分散在水中,该CDen-GNs分散液性质稳定,通过溶剂挥发制备出CDen-GNs复合膜修饰电极。利用透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱、傅里叶红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman Spectrum)、接触角测定仪(Contact Angles)、热重(TGA)分析对产物进行了表征。  2.合成还原石墨烯和单-6-脱氧-乙二胺-β-环糊精纳米复合材料作为电活性物质修饰电极,以CDen作为手性选择剂构建手性界面。研究了在铜离子存在的条件下,环糊精-石墨烯修饰玻碳电极(CDen-GNs/GCE)对色氨酸对映体的手性识别。通过电化学循环伏安技术、交流阻抗技术研究立体选择性吸附行为。此外,采用循环伏安法研究不同的CDen-GNs的用量、不同酸度、反应时间对手性识别的影响。分析结果表明:在二价铜离子的存在下,CDen-GNs/GCE修饰表面能选择性的识别色氨酸对映体。CDen-GNs/GCE修饰界面与L-色氨酸的作用强于D-色氨酸。该手性材料的制备不仅为石墨烯的应用研究拓展了更广阔的的领域,而且也有利于手性电化学传感器的研制。  3.制备了羟丙基-β-环糊精/铂纳米粒子/石墨烯(HP-β-CD-Pt-NPs/GNs)纳米复合材料,并详细考察了DNA以及鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A)在HP-β-CD-Pt-NPs/GNs膜电极上的电化学行为,发现HP-β-CD-Pt-NPs/GNs膜对G和A的氧化表现出催化特性,它不但显著提高了G和A的氧化峰电流,而且还降低了它们的氧化过电位。通过考察差分脉冲伏安法检测鸟嘌呤和腺嘌呤的浓度与氧化峰电流的关系,鸟嘌呤的氧化峰电流与其浓度在0.1~15μM范围内呈良好的线性关系,相关系数R=0.9973,最低检测限为3.0×10-8 mol L-1(S/N=3)。腺嘌呤的浓度在0.2~16μM范围内与峰电流呈线性关系,相关系数R=0.9985,最低检测限为6.5×10-8 mol L-1(S/N=3)。除此之外,采用线性扫描伏安法对G和A测定条件进行优化,建立了一种同时测定G和A的电分析方法,并成功用于小牛胸腺DNA中G和A含量的测定,进而得到(G+C)/(A+T)的比值,其结果与理论值很好的吻合。
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