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功能化碳纳米管的制备及性能研究

作　者: 赵海燕
导　师: 郑卫
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 海藻酸钠-碳纳米管碳纳米管-轻基磷灰石生物电化学生物传感器
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自1991年发现碳纳米管以来,其特殊的结构,优异的物理、机械以及电化学性质备受科学家们广泛的关注。而碳纳米管卓越的电化学性质在新-代生物电化学传感器领域里具有十分诱人的前景。众所周知,碳纳米管易聚集、难分散的特点使它的应用受到了极大的限制,在本论文中,为了改善碳纳米管的分散性,我们使用功能化的方法改善其分散性。首先,我们采用天然的生物高分子材料——海藻酸钠对碳纳米管进行非共价功能化。功能化的碳纳米管在水中能够形成黑色、均匀的悬浊液,并且在固体表面形成三维立体网状结构,有效增加了基体的面积。同时,在海藻酸钠-碳纳米管复合膜上的血红蛋白能够保持它的原始构象。固定在该复合膜上的血红蛋白能够实现较快的直接电子转移,电子转移速率常数ks为(9.54±0.883)s-1,而且对过氧化氢的电化学还原具有良好的生物电催化活性,以此构筑的生物传感器具有一定的应用可能性。其次,我们在碳纳米管的缺陷处引入羧基,采用原位水热合成法制备碳纳米管-羟基磷灰石(MWNTs-HA)复合物。碳纳米管-羟基磷灰石复合物具有较好的分散性,能够在固体基底上形成均匀、三维多孔的立体网状结构。固定在此复合物上的血红蛋白能够保持其原始构象,而且血红蛋白能够较容易的实现直接电子转移,电子转移速率常数为(5.05±0.41) s-1,同时对过氧化氢和三氯乙酸有较好的电化学催化活性。我们进一步研究了葡萄糖氧化酶和漆酶在碳纳米管-羟基磷灰石上的直接电子转移。并以葡萄糖氧化酶催化葡萄糖为阳极,以漆酶催化氧气还原为阴极构筑了新型生物燃料电池。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 碳纳米管概述  11-14
    1.1.1 碳纳米管的结构性质  11-14
    1.1.2 碳纳米管的电化学性质  14
  1.2 碳纳米管功能化方法  14-18
    1.2.1 共价功能化  15-17
    1.2.2 非共价功能化  17-18
  1.3 碳纳米管在生物传感器中的应用  18-19
  1.4 本论文选题背景及主要研究内容  19-21
第2章实验方法  21-27
  2.1 实验材料与仪器  21-23
    2.1.1 实验材料  21-22
    2.1.2 实验仪器  22-23
  2.2 样品制备  23-25
    2.2.1 电极的预处理  23
    2.2.2 Hb/SA-MWNTs/GC修饰电极的制备  23
    2.2.3 碳纳米管-羟基磷灰石(MWNTs-HA)的制备  23-24
    2.2.4 Hb/MWNTs-HA/GC修饰电极的制备  24
    2.2.5 GOD/MWNTs-HA/GC修饰电极的制备  24
    2.2.6 漆酶的纯化  24-25
    2.2.7 La/MWNTs-HA/GC修饰电极的制备  25
    2.2.8 外样品的制备  25
    2.2.9 紫外样品的制备  25
  2.3 本章小结  25-27
第3章 Hb/SA-MWNTs生物传感器的研究  27-44
  3.1 引言  27-28
  3.2 SA-MWNTs复合膜的表征  28-32
    3.2.1 形貌和结构  28-30
    3.2.2 电化学性能表征  30-32
  3.3 Hb/SA-MWNTs复合膜的性能表征  32-43
    3.3.1 光谱表征  32-34
    3.3.2 电化学性能研究  34-38
    3.3.3 pH的影响  38-39
    3.3.4 Hb/SA-MWNTs/GC对H202的电催化研究  39-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章 Hb/MWNTS-HA生物传感器的性能研究  44-61
  4.1 引言  44
  4.2 MWNTs-HA复合膜的表征  44-49
    4.2.1 MWNTs-HA的结构和形貌  44-47
    4.2.2 MWNTs-HA的电化学性能研究  47-49
  4.3 Hb/MWNTs-HA复合膜的表征  49-59
    4.3.1 光谱表征  49-51
    4.3.2 Hb/MWNTs-HA的电化学性能研究  51-54
    4.3.3 pH的影响  54-55
    4.3.4 Hb/MWNTs-HA对H_20_2的电催化研究  55-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章 MWNTs-HA生物燃料电池的性能研究  61-74
  5.1 引言  61-62
  5.2 GOD/MWNTs-HA复合膜的表征  62-70
    5.2.1 GOD/MWNTs-HA的光谱表征  62-63
    5.2.2 GOD/MWNTs-HA的电化学性能研究  63-66
    5.2.3 pH对GOD/MWNTs-HA的影响  66-68
    5.2.4 GOD/MWNTs-HA对葡萄糖催化性能研究  68-70
  5.3 La/MWNTs-HA的电化学性能研究  70-72
  5.4 生物燃料电池性能研究  72-73
  5.5 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

功能化碳纳米管的制备及性能研究

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