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基于功能化碳纳米管修饰电极对生物分子的电催化研究

作　者: 裘宇
导　师: 刘秀辉
学　校: 西北师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 碳纳米管 磁性碳纳米管 Fe3O4纳米粒子 金纳米粒子 修饰电极 PEI 静电吸引 Pt纳米粒子 过氧化氢 细胞色素C
分类号: TQ127.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


碳纳米管（carbon nanotube，CNTs）因为其具有独特的电学特性，可以被制成修饰电极，广泛应用与生物分子识别领域。金属纳米材料，具有高的比表面积、优良的导电性，可以用作修饰电极的修饰剂。本文将多壁碳纳米管（MWNTs）及金属纳米粒子相结合构建了修饰电极，应用于对生物分子的电催化。主要研究内容如下：（1）用水热法制备了磁性碳纳米管，并用聚乙烯酰亚胺（PEI）氨基化，将二茂铁衍生物共价连接到磁性碳纳米管上，用紫外-可见光谱、X-射线衍射、热重分析、电化学阻抗等表征方法对其结构进行了表征。用该纳米复合材料制备的修饰电极，能对细胞色素C起到良好的富集、固定作用，并能催化细胞色素C的电化学反应。同时，外加磁场对细胞色素C的电催化效果有显著的提高。（2）利用PEI功能化碳纳米管使其水溶性增加，用该碳纳米管修饰电极以后，沉积了一层纳米金为晶种，采用种子生长法在晶种上生长纳米Pt。以Pt纳米粒子功能化碳纳米管复合材料构建了过氧化氢传感器。实验发现Pt纳米粒子对双氧水有很好的电催化效果，电流响应在2.4×10-8mol·L-1～3.2×10-5mol·L-1浓度范围内呈线性关系，线性相关系数0.996，检测限8.0×10-9mol·L-1。（3）PEI功能化的碳纳米管表面覆盖着大量的正电荷，利用静电作用成功的吸引了表面带负电荷的纳米金粒子，制备了Au-MWNTs复合纳米材料。用该纳米复合材料修饰金电极，极大地提高了电极表面的反应活性面积，大幅降低了电极表面电阻。用Au-MWNTs纳米薄膜固定细胞色素C，对过氧化氢有很好的电催化效果，峰电流大小与H2O2浓度对数在4.8×10-8mol·L-1～5.6×10-6mol·L-1范围内有线性关系，线性相关系数0.995，检测线为1.6×10-8mol·L-1。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-10
1 绪论  10-22
  1.1 碳纳米管  10-15
    1.1.1 碳纳米管的性质  11-12
    1.1.2 碳纳米管的制备  12
    1.1.3 碳纳米管的功能化  12-14
    1.1.4 碳纳米管在电化学传感器中的应用  14-15
  1.2 化学修饰电极  15-21
    1.2.1 化学修饰电极的制备  16
    1.2.2 化学修饰电极的表征方法  16-17
    1.2.3 化学修饰电极的在生物传感器中的应用  17-21
  1.3 本文的研究思路  21-22
2 二茂铁衍生物功能化磁性碳纳米管对细胞色素 C 的电化学催化  22-33
  2.1 前言  22
  2.2 实验部分  22-24
    2.2.1 实验仪器和试剂  22-23
    2.2.2 二茂铁衍生物功能化磁性碳纳米管（Fc-Fe3O4-MWNTs）的制备  23-24
    2.2.3 Fc-Fe_3O_4-MWNTs 修饰电极的制备  24
    2.2.4 实验步骤  24
  2.3 结果与讨论  24-32
    2.3.1 Fe_3O_4-MWNTs 的表征  24-26
    2.3.2 NH_2-Fe_3O_4-MWNTs 的表征  26
    2.3.3 N-（甲基二茂铁）-6-氨基己酸的表征  26-27
    2.3.4 Fc-Fe_3O_4-MWNTs 修饰电极的表征  27-29
    2.3.5 细胞色素 C 在 Fc-Fe_3O_4-MWNTs 修饰电极上的电化学响应  29-32
  2.4 结论  32-33
3 功能化碳纳米管搭载铂/金纳米粒子检测过氧化氢  33-43
  3.1 前言  33
  3.2 实验部分  33-35
    3.2.1 实验仪器和试剂  33-34
    3.2.2 功能化碳纳米管  34
    3.2.3 修饰电极的制备  34-35
    3.2.4 实验步骤  35
  3.3 结果与讨论  35-42
    3.3.1 Pt/Au-MWNTs/GCE 的 FESEM 形貌表征  35
    3.3.2 Pt/Au-MWNTs/GCE 电极的电化学表征  35-38
    3.3.3 Pt/Au-MWNTs/GCE 电极对过氧化氢的电催化  38-42
  3.4 结论  42-43
4 氨基化碳纳米管静电吸附纳米金修饰电极对过氧化氢的电催化  43-52
  4.1 前言  43-44
  4.2 实验部分  44-45
    4.2.1 实验仪器和试剂  44
    4.2.2 氨基碳纳米管搭载纳米金复合纳米材料的制备  44-45
    4.2.3 Au-MWNTs 修饰电极的制备  45
    4.2.4 实验步骤  45
  4.3 结果与讨论  45-51
    4.3.1 Au-MWNTs 的表征  45-46
    4.3.2 Au-MWNTs 修饰电极的表征  46-48
    4.3.3 Cyt c/Au-MWNTs 修饰电极对过氧化氢的电催化研究  48-51
  4.4 结论  51-52
参考文献  52-60
攻读硕士期间论文发表及科研情况  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 非金属元素及其无机化合物化学工业 > 第Ⅳ族非金属元素及其无机化合物 > 碳及其无机化合物 > 碳
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