【摘要】：作為一種備受關(guān)注的納米材料,碳納米材料由于其相對較低的成本、較優(yōu)異的電化學(xué)性能和較寬的電勢窗等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)電化學(xué)和電分析化學(xué)等領(lǐng)域。生物質(zhì)具有來源廣泛、廉價(jià)易得、可再生和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),近些年以生物質(zhì)為原料制備的碳納米材料在超級電容器、鋰離子電池和電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文以生物質(zhì)為碳源,制備了具有優(yōu)異電化學(xué)性能的碳納米材料,并用于構(gòu)筑電化學(xué)傳感器。我們采用多種技術(shù)對所制備的生物質(zhì)衍生碳納米材料的形貌、結(jié)構(gòu)和元素含量進(jìn)行了表征,以過氧化氫(H_2O_2)和抗壞血酸(AA)等生物分子為電化學(xué)探針,研究了所制備的碳納米材料的電化學(xué)性能。本論文具體工作內(nèi)容主要包括以下兩個部分:(1)第一次以菇蔦皮為原料在高溫下碳化制備菇蔦皮衍生的碳納米片(BG-CNPs),將其修飾到玻碳電極(GE)表面用于構(gòu)筑基于BG-CNPs修飾GE(BG-CNPs/GE)的電化學(xué)傳感平臺。利用示差脈沖伏安法、循環(huán)伏安法和計(jì)時電流法等電化學(xué)表征手段,以一些電活性生物分子如腎上腺素(EP)、對乙酰氨基酚(APAP)、多巴胺(DA)、AA、尿酸(UA)、H_2O_2和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等為探針,研究BG-CNPs的電化學(xué)性能。循環(huán)伏安響應(yīng)曲線圖表明,與GE相比,BG-CNPs/GE對H_2O_2的電化學(xué)氧化(或電化學(xué)還原)有更低(或更高)的起始電位,BG-CNPs/GE對EP、APAP、DA、AA、UA和NADH的電化學(xué)氧化有更低的氧化電位。對于H_2O_2和AA的檢測,BG-CNPs/GE具有更寬的線性范圍、更高的靈敏度以及更低的檢出限等良好性能。本工作也證實(shí)了該傳感平臺可實(shí)現(xiàn)潛在同時檢測四種游離的DNA堿基(鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T))或潛在同時檢測AA、UA及DA。最后,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感平臺對于實(shí)際樣品中H_2O_2或AA含量的檢測具有高的可行性。(2)第一次以生物質(zhì)廢棄物螃蟹殼為模板和來源廣泛的蜂蜜為碳源,采用綠色、簡單的方法制備了介孔碳納米棒(MCNRs)。MCNRs修飾到GE表面制備MCNRs修飾的GE(MCNRs/GE)構(gòu)筑了一種新穎和高性能的MCNRs/GE的電化學(xué)傳感器,并用于H_2O_2或AA的檢測。循環(huán)伏安響應(yīng)曲線圖表明,與碳納米管(CNTs)修飾到GE表面構(gòu)筑的CNTs修飾的GE(CNTs/GE)和GE相比,MCNRs/GE對AA的電化學(xué)氧化有更低的氧化電位,MCNRs/GE對H_2O_2的電化學(xué)還原或電化學(xué)氧化有更高的或更低的起始電位。對于AA或H_2O_2的檢測,與CNTs/GE和GE相比,MCNRs/GE表現(xiàn)出更寬的線性范圍、更高的靈敏度和更低的檢出限。此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MCNRs/GE對實(shí)際樣品中的AA含量的檢測具有可行性。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;O657.1
【圖文】：

圖 1-1 碳納米材料的結(jié)構(gòu)示意圖[7]）富勒烯1985 年，美國科學(xué)家歐布萊恩、理查德·斯莫利和英國化學(xué)家哈羅德·沃特爾·克等人第一次在惰性氣流氛圍中制備石墨時，出人意料地制備出了 C60分子，該是由 60 個碳原子構(gòu)成[8]。通過一系列表征技術(shù)如質(zhì)譜、X 射線光電子衍射等，分子的結(jié)構(gòu)為球形狀 32 面體，形狀和足球的形狀相類似，因此也被稱為足球烯中的 60 個頂角各有一個碳原子，各個碳原子與相鄰的 3 個碳原子形成一個雙單鍵。由于 C60是富勒烯家族中較容易得到的一類，所以 C60及其衍生物的應(yīng)是最多的。1990 年后，克拉策門（Wolfgang Kr tschmer），福斯迪羅伯onstantinos Fostiropoulos）和哈夫曼（Donald Huffman）等人首次報(bào)道了大量制備法，從而使 C60的研究廣泛開展起來[9]。）碳納米管1991 年，日本電子公司（NEC）在 C60研究的推動下發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)特殊及性新穎碳納米材料，即碳納米管，又被稱為巴基管[10]。碳納米管中的碳原子主要

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。墨烯墨烯是一種蜂窩狀的單片層碳原子晶體，是一種典型的二維碳納米材料。據(jù)報(bào)材料的比表面積理論值為 2630 m2g-1，其碳原子以 sp2雜化狀態(tài)存在，與周個碳原子形成碳碳雙鍵（C=C）共價(jià)鍵，鍵長為 1.42 ，相鄰兩個鍵之間的[15]。墨烯具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其中各個碳原子之間連接柔韌，各原子間作用力較強(qiáng)般被認(rèn)為是石墨化碳納米材料構(gòu)成的基本單元[16]，二維石墨烯片層可通過卷成富勒烯（零維結(jié)構(gòu)）；而一維碳納米管可看作是由石墨烯片層卷曲成的無空結(jié)構(gòu)的納米材料；而三維石墨則是通過將二維的石墨烯堆積起來形成的。納米管、石墨與石墨烯之間的關(guān)系如圖 1-2 所示。

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文驗(yàn)裝置及測量方法工作所用的電化學(xué)方法主要包括：示差脈沖伏安法（DPV）、線性掃描伏）、循環(huán)伏安法（CV）和計(jì)時庫侖分析法（CC）等。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用電化學(xué) 660E（上海辰華）以及標(biāo)準(zhǔn)的三電極體系。其中，裸玻碳電極（GE，直徑 d=3 m積 A=0.0707 cm2）及修飾電極為工作電極，鉑（Pt）絲電極為對電極，Ag/A KCl）電極為參比電極。電化學(xué)阻抗譜（EIS）的測試是使用美國普林斯頓 PAR工作站，實(shí)驗(yàn)測試條件為振蕩電壓是 0.25 V，頻率范圍從 0.01 Hz 到 100 KH幅在±10 mV，在 5 mM K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6]/0.1 M KCl 混合溶液中進(jìn)行測的所有實(shí)驗(yàn)操作都是在室溫下進(jìn)行的。詳細(xì)的儀器使用型號及相關(guān)參數(shù)見表 表 2-2 本工作中所使用表征儀器的相關(guān)參數(shù)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 潘正偉,常保和,孫連峰,錢露茜,劉祖琴,唐東升,王剛,解思深;超長、開口定向碳納米管列陣的制備[J];中國科學(xué)(A輯);1999年08期

本文編號：2754325