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基于石墨烯及其复合材料电化学传感研究

作　者: 翟瑞瑞
导　师: 陈旭
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学
关键词: 石墨烯 DNA 生物相容性磁性四氧化三铁电化学传感器
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电化学传感器由于操作简单、成本低、响应速度快、易于微型化等优点,在医学、环境、工业等领域得到越来越广泛的应用,制备灵敏度高、性能优异并且能够商品化的电化学传感器是当前研究的热点。纳米材料其尺寸在纳米级,具有宏观物体不具有的特殊性能,尤其是比表面积大和表面能高的特点在电化学领域具有潜在的应用前景。石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维晶体结构的新型碳质材料,具有独特的力学、热学、电学性能,有望在电化学领域发挥潜在的应用价值。本论文围绕石墨烯,对石墨烯及其复合材料在电化学传感中的应用进行了研究。具体研究内容包括以下三个部分：1、采用氧化还原法合成石墨烯,制备石墨烯修饰电极检测DNA四个碱基,电化学研究发现,石墨烯修饰玻碳电极能够实现对DNA四个碱基的同时检测。将石墨烯与碳纳米管、β-环糊精复合,碳纳米管有效的降低了石墨烯的的聚集,研究了石墨烯/碳纳米管/β-环糊精修饰电极的电化学性能,可以用于鸟嘌呤核苷的高灵敏检测,该修饰电极能够推广应用于其它生物分子的测定中。2、将生物大分子单链DNA(ssDNA)与石墨烯功能化组装,制备的具有生物相容性的ssDNA-石墨烯复合材料在水溶液中能够长期保存不发生沉降,提高了石墨烯在水溶液中的稳定性。ssDNA-石墨烯复合材料比表面积大、生物相容性好,是优异的氧化还原酶固定化材料。将ssDNA-石墨烯复合材料固定葡萄糖氧化酶制备葡萄糖传感器,葡萄糖氧化酶实现了直接电化学并且保持生物活性,电子转移速率为4.14s-1,对葡萄糖检测具有较好的抗干扰性和稳定性。3、采用原位合成法制备石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料,四氧化三铁增加了石墨烯在水中的分散性和稳定性,分别用磁铁和磁强计测试表明石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料具有磁性。制备石墨烯-四氧化三铁修饰电极,电化学研究表明,石墨烯-四氧化三铁复合材料对过氧化氢具有催化作用,最低检测限为5.4μmol·L-1,对抗坏血酸和尿酸具有抗干扰性。石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料在电化学领域具有潜在的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-16
第一章绪论  16-30
  1.1 电化学传感器概述  16-21
    1.1.1 电化学传感器概述  16
    1.1.2 电化学生物传感器概述  16-18
    1.1.3 电化学传感和生物传感器的应用  18-21
  1.2 石墨烯概述  21-25
    1.2.1 石墨烯的结构及性质  21-23
    1.2.2 石墨烯的合成方法  23-25
  1.3 石墨烯及其复合材料的电化学应用  25-28
    1.3.1 酶生物传感器  25-26
    1.3.2 DNA生物传感器  26
    1.3.3 生物小分子  26-28
    1.3.4 其它  28
  1.4 论文选题意义与主要研究内容  28-30
    1.4.1 论文选题意义  28-29
    1.4.2 论文主要研究内容  29-30
第二章实验部分  30-34
  2.1 实验试剂  30-31
  2.2 实验仪器  31
  2.3 表征方法  31-34
    2.3.1 场发射扫描电镜(FESEM)分析  31
    2.3.2 透射电子显微镜(TEM)分析  31-32
    2.3.3 傅里叶红外光谱(FTIR)分析  32
    2.3.4 紫外-可见光谱(UV-Vis)分析  32
    2.3.5 X射线衍射(XRD)分析  32
    2.3.6 磁性分析  32
    2.3.7 电化学测试  32-34
第三章石墨烯及其复合材料修饰电极对DNA组成单元的检测性能研究  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-36
    3.2.1 石墨烯的制备  34-35
    3.2.2 修饰电极的制备  35-36
  3.3 结果与讨论  36-44
    3.3.1 石墨烯及其复合材料的形貌表征  36-37
    3.3.2 Graphene-CNT-CD的FTIR表征  37
    3.3.3 石墨烯修饰电极对DNA碱基的检测性能研究  37-40
    3.3.4 石墨烯及其复合材料修饰电极的电化学性能研究  40-41
    3.3.5 石墨烯复合材料修饰电极制备条件的优化  41-43
    3.3.6 实际样品检测  43-44
  3.4 本章小结  44-46
第四章基于生物相容性的ssDNA-石墨烯纳米复合材料构筑葡萄糖生物传感器  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 修饰电极的制备  46-47
  4.3 结果与讨论  47-54
    4.3.1 ssDNA/Graphene复合物的形貌表征  47-48
    4.3.2 ssDNA/Graphene复合物在水溶液中的稳定性  48
    4.3.3 GOD/ssDNA/Graphene的紫外光谱(UV-Vis)表征  48-49
    4.3.4 GOD/ssDNA/Graphene修饰电极的直接电化学行为的研究  49-50
    4.3.5 扫描速度对GOD的直接电化学的影响  50-52
    4.3.6 GOD/ssDNA/Graphene/GCE对葡萄糖催化行为的研究  52-53
    4.3.7 GOD/ssDNA/Graphene/GCE对葡萄糖催化的稳定性研究  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章基于石墨烯-四氧化三铁纳米复合材料构筑H_2O_2传感器  56-66
  5.1 引言  56
  5.2 实验过程  56-57
    5.2.1 石墨烯-四氧化三铁(Graphene-Fe_3O_4)纳米复合材料的制备  56-57
    5.2.2 修饰电极的制备  57
  5.3 结果与讨论  57-65
    5.3.1 Graphene-Fe_3O_4纳米复合材料的形貌表征  57-58
    5.3.2 Graphene-Fe_3O_4纳米复合材料的磁性表征  58-59
    5.3.3 Graphene-Fe_3O_4纳米复合材料的XRD表征  59
    5.3.4 Graphene-Fe_3O_4纳米复合材料修饰电极的电化学性能  59-60
    5.3.5 不同修饰电极对H_2O_2的催化  60-61
    5.3.6 工作电位对H_2O_2响应电流的影响  61-62
    5.3.7 Graphene-Fe_3O_4修饰电极制备条件优化  62-63
    5.3.8 Graphene-Fe_3O_4/GCE对H_2O_2催化行为的研究  63-64
    5.3.9 Graphene-Fe_3O_4/GCE对H_2O_2测定的抗干扰性研究  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章结论与创新点  66-68
  6.1 结论  66
  6.2 论文的创新点  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
研究成果及发表学术论文  74-76
作者和导师简介  76-77
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

基于石墨烯及其复合材料电化学传感研究

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