幾種碳基復合納米材料化學修飾電極的制備及其應用

幾種碳基復合納米材料化學修飾電極的制備及其應用隨著工、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的環(huán)境污染物被排放到環(huán)境中,給環(huán)境及人類健康造成了巨大的威脅。因此,建立相關的分析檢測技術以準確、靈敏地檢測環(huán)境中的有害物質(zhì)具有重要意義。近年來,以納米材料化學修飾電極為基礎的現(xiàn)代電化學傳感技術以其靈敏度高、選擇性好及分析費用低等特點在環(huán)境分析領域得到了廣泛地研究和應用。在多種納米材料中,各種碳基納米材料及金屬納米材料以其獨特的物理、化學性質(zhì)已在電化學傳感領域得到了廣泛的研究及應用。為了進一步拓展其在電化學傳感中的應用,設計合成具有特殊形貌和性能的碳基金屬復合納米材料,利用各組分的協(xié)同效應進一步提高傳感器的分析性能成為近年來電化學傳感領域研究的熱點。本論文首先對近年來石墨烯（graphene,GR）、碳納米管（carbonnanotubes,CNTs）兩種碳基納米材料和金屬納米粒子如金和鉑等,以及他們的復合物在電化學傳感領域的應用進行了綜述。在此基礎上,分別采用化學合成-滴涂法和電化學共沉積技術制備了幾種碳基復合納米材料化學修飾電極,采用現(xiàn)代材料表征技術和電化學方法對其性能進行了表征,并將其應用于環(huán)境樣品中過對苯二酚（hydraquinone,HQ）、鄰苯二酚（catechol,CC）、肼（hydrazine,N2H4）及羥胺（hydroxylamine）等物質(zhì)的檢測。全文主要內(nèi)容如下:1.以檸檬酸鈉（sodiumcitrate）作為分散劑、乙二醇（ethyleneglycol,EG）做為還原劑和溶劑,采用簡單回流法從同時含有氧化石墨烯（grapheneoxide,GO）和K2PtCl4的混合溶液中一步制備了還原氧化石墨烯負載的Pt納米粒子（PtNPs-RGO）。采用X-射線粉末衍射（XRD）技術,掃描電子顯微鏡（SEM）和X-射線能譜（EDS）技術對其進行了表征。結果表明,在RGO和PtNPs的相互作用下,該法可制備粒徑小、分散性好、催化活性高的PtNPs,在此基礎上,采用滴涂法制備了上述復合材料修飾玻碳電極,研究了肼在該電極上的電化學行為。結果表明,該電極對肼的電氧化表現(xiàn)出高的活性。在優(yōu)化條件下,在B-R緩沖溶液中（pH=7）測得肼的線性范圍為5.0×10-8⁸.0×10-4mol·L^-1,檢出限（3sb）為1.0×10-8mol·L^-1,靈敏度為333μAmM^-1。與文獻報道的電極相比,該電極檢測肼時具有檢出限低、線性范圍寬和靈敏度高等優(yōu)點。2.先將MWCNTs滴涂在玻碳電極（GCE）表面,然后采用循環(huán)伏安法（CV）從同時含有硝酸鋅（Zn（NO3）2）和氯金酸（HAuCl4）的混合溶液中將AuNPs-ZnO復合物沉積于MWCNTs表面,制得AuNPs-ZnO-MWCNTs/GCE修飾電極。通過電化學方法及EDS對該電極進行了表征。在pH=7.0的0.10mol·L?1磷酸鹽緩沖溶液中（PBS）和pH=8.0的B-R緩沖溶液中研究了鹽酸羥胺和肼在該修飾電極上的電化學行為。結果表明:在AuNPs、ZnO和MWCNTs的協(xié)同作用下,該電極對鹽酸羥胺和肼的電氧化過程具有高的的電催化活性。在優(yōu)化條件下,安培法測定鹽酸羥胺和肼的線性范圍分別為,鹽酸羥胺（2.0×10?7⁴.9×10?4mol·L?1和6.6×10?4².3×10?3mol·L?1）、肼（9.7×10?9mol·L?1².2×10?4mol·L?1）,檢出限分別（3sb）為8×10?8mol·L?1和3.8×10?9mol·L?1,靈敏度分別為鹽酸羥胺(90.0μA·(mmol·L^-1)^-1和46.0μA·(mmol·L^-1)^-1),肼(338μA·(mmol·L^-1)^-1)。3.先將MWCNTs滴涂于復合陶瓷碳電極（CCE）表面,然后采用逐層電化學沉積技術將OPpy和AuNPs沉積在MWCNTs表面,制得AuNPs-OPpy-MWCNTs/CCE修飾電極。并采用SEM和電化學方法對該電極進行了表征。在pH=7.0的PBS溶液中研究了對苯二酚（hydroquinone,HQ）和鄰苯二酚（catechol,CC）在該修飾電極上的電化學行為。結果表明,該修飾電極對HQ和CC的電極過程具有高的電化學響應和良好的區(qū)分效應。據(jù)此建立了一階導數(shù)伏安法同時測定HQ和CC的新方法,HQ和CC的線性范圍均為2.0×10-7¹.0×10-4mol·L?1,檢出限（3sb）分別為6.0×10-8mol·L?1和8.0×10-8mol·L?1。4.先將MWCNTs滴涂于CCE表面,然后采用逐層電化學沉積技術將OPpy、AuNPs和CuO沉積在MWCNTs表面,制得CuO-AuNPs-OPpy-MWCNTs/CCE電極。在0.10mol·L^-1NaOH溶液中研究了葡萄糖（glucose,Glu）在該修飾電極上的電化學行為。結果表明,OPpy改善了電極檢測Glu時的抗干擾能力和穩(wěn)定性,CuO、AuNPs和MWCNTs提高了電極對Glu的電催化氧化活性。在最佳條件下,安培法測定葡萄糖的線性范圍為2.0×10-7¹.4×10-3mol·L^-1,檢出限（3sb）為8.0×10-8mol·L<sup>-1