分析化学专业优秀论文分析化学专业优秀论文 新型化学修饰电极的构筑及在生物传感和新型化学修饰电极的构筑及在生物传感和电催化中的应用电催化中的应用关键词：化学修饰电极关键词：化学修饰电极 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶 杂多酸杂多酸 室温离子液体室温离子液体 生物传感生物传感 电催化电催化摘要：化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，将具有 优良物理/化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，从而具有某种特定 的化学和物理性质的一类电极。其应用已涉及到化学、生命科学、医学、环境、 食品和军事等诸多领域。本论文使用不同材料、不同修饰方法制备了一系列新 型的化学修饰电极，并将它们应用于生物传感和电催化领域。构建了新型的电 流型葡萄糖生物传感器，和含杂多酸或室温离子液体的化学修饰电极。通过紫 外光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X 射线能量散射谱(EDS)、电化学循环伏安扫描(CV)、电化学交流阻抗 (EIS)、电流时间曲线(i-t)、Tafel 极化曲线等分析测试技术，对修饰电极的 形貌、结构、物理化学性质和应用进行了详细研究。本论文的主要研究工作如 下： (1) 在金(Au)电极上电化学共聚碳纳米管(CNT)、葡萄糖氧化酶(GOD)和 邻氨基酚，构筑新型金/聚邻氨基酚/碳纳米管/葡萄糖氧化酶电极 (Au/POAP/CNT/GOD)。采用 SEM 技术对该电极的微观形貌进行了表征，并用 CV 和 i-t 技术研究了该电极对葡萄糖响应的性能。Au/POAP/CNT/GOD 电极对葡萄 糖的检测限为 0.01 mM；最大响应电流为 0.24 mA cmlt;#39;- 2gt;；响应灵敏度为 11.4 mA Mlt;#39;- 1gt;cmlt;#39;-2gt;。 (2) 构筑了基于铜微颗粒(Cu) 和聚邻氨基酚(POAP)的葡萄糖生物传感器。用恒电位沉积法制备了金/铜微颗粒 (Au/Cu)电极。采用 SEM 和 EDS 技术对 Au/Cu 电极的微观形貌和元素组成进行了 表征，并用 CV 和 i-t 技术研究了酶电极(Au/Cu/POAP/GOD)对葡萄糖响应的性能。 Au/Cu/POAP/GOD 电极对葡萄糖的检测限为 0.01 mM；最大响应电流为 0.45 mA cmlt;#39;-2gt;：响应灵敏度为 12.6 mA Mlt;#39;- 1gt;cmlt;#39;-2gt;。该酶电极具有良好的重现性、稳 定性和实际应用价值。 (3) 制备了基于无机导电膜(普鲁士蓝，PB)和有机不 导电膜(聚邻氨基酚，POAP)双层膜的新型葡萄糖生物传感器。用电化学方法对 传感器的制备、性质以及影响因素进行了详细研究。由于 PB 具有良好导电性， 而且对过氧化氢既能催化氧化，又能催化还原，因此，铂/普鲁士蓝/聚邻氨基 酚/葡萄糖氧化酶(Pt/PB/POAP/GOD)电极既能在氧化电位(0.6 V)，也能在还原 电位(0.0 V)下检测葡萄糖。在 0.6 V 的检测电位下，Pt/PB/POAP/GOD 电极对 葡萄糖具有低的检测限(0.01 mM)、大的最大响应电流(0.72 mAcmlt;#39;-2gt;)和高的响应灵敏度(44.0 mA Mlt;#39;-1gt; cmlt;#39;-2gt;)等特性。并 且该电极具有良好的重现性和稳定性。 (4) 从仿生角度构筑了含杂多酸的新 型化学修饰电极。用碳纳米管(CNT)电极来支撑仿生油脂膜(DDAB)，在 CNT 电极 表面，DDAB 自组装成膜，然后 Dawson 型钼磷酸铵 (Plt;,2gt;Molt;,18gt;)通过静电作用吸附在 DDAB 膜上。 采用 SEM 和 EDS 技术对 CNT/DDAB/Plt;,2gt;Molt;,18gt;电 极的微观形貌和元素组成进行了表征。用 CV 和 EIS 方法详细讨论了CNT/DDAB/Plt;,2gt;Molt;,18gt;电极的电化学行为及电 催化性质。结果表明 CNT/DDAB/Plt;,2gt;Molt;,18gt; 电极可以应用于溴酸盐和亚硝酸盐的安培检测。 (5) 基于杂多酸对碳材料自 发且较强的化学吸附作用，首次合成了 Keggin 型钼磷酸 (PMolt;,12gt;)修饰的碳纳米管(CNT)复合材料。以这种新型纳米复 合材料为催化剂(铂和铂-钌纳米颗粒)载体，对有机小分子甲醇的电催化氧化进 行了研究。采用 SEM、TEM、EDS、FTIR 和 CV 技术对 CNT- PMolt;,12gt;纳米复合材料的微观形貌、元素组成和物理化学性质 进行了表征和研究。并利用 CV 和 Tafel 极化曲线，详细研究了石墨/碳纳米管- 杂多酸/铂或铂-钌电极(PG/CNT/PMolt;,12gt;/Pt 和 PG/CNT- PMolt;,12gt;/Pt-Ru)对甲醇电催化氧化的性能。结果表明：厚度为 20-30 nm 的 PMolt;,12gt;膜层通过形成 Mo-Olt;,cgt;- C 键吸附在直径为 50-100 nm 的 CNT 上。在 CNT-PMolt;,12gt;复合 材料上实现了铂(30-70 nm)和铂-钌纳米颗粒(30-80 nm)的高度分散。PG/CNT- PMolt;,12gt;/Pt 和 PG/CNT-PMolt;,12gt;/Pt-Ru 电极 对甲醇均表现出良好的电催化活性。在相同条件下，以 PG/CNT- PMolt;,12gt;为催化剂载体，比 PG 和 PG/CNT 载体更有利于甲醇电 催化氧化的进行，也更有利于提高电极的稳定性。 (6) 将 Keggin 型钼磷酸 (PMolt;,12gt;)和丁基罗丹明 B(BRB)结合，制备了新型的有机-无 机杂化材料(BRB-PMolt;,12gt;)。用 UV-vis 和 FTIR 光谱技术对 BRB-PMolt;,12gt;的光谱性质进行了研究。用 CV 技术研究了 PG/BR-BPMolt;,12gt;电极的电化学行为和电催化性质。同时还采用 荧光方法研究了 BRB-PMolt;,12gt;的荧光性质，结果表明：在相同 条件下，BRB-PMolt;,12gt;的荧光强度比 BRB 的大 30。这为荧光 复合材料的制备和应用提供了新的思路。 (7) 将室温离子液体(HMImTfa)和 铁氰化钴(CoHCF)结合，得到了 HMImTfa-CoHCF 的凝胶复合物。采用 UV- vis、FTIR 和 EIS 技术对 HMImTfa-CoHCF 的光谱性质和导电性进行了研究。结 果表明：HMImTfa-CoHCF 属于离子-电子混合型导电，且其导电性是纯 HMImTfa 的 2.5 倍。此外，采用 CV 方法初步考察了 HMImTfa-CoHCF 修饰电极对 NADH 的 电催化氧化性能。在 NADH 浓度为 0.11.3 mM 范围内，响应电流与 NADH 的浓 度成线性关系。 (8) 将有机分子亚甲基蓝(MB)和无机材料磷酸锆(ZrP)结合， 制备了新型杂化材料 ZrP-MB。采用 UV-vis、FTIR 和 CV 技术对 ZrP-MB 的光谱 和电化学性质进行了研究。我们采用室温离子液体(bmimPFlt;,6gt;)作 为媒介，在 PG 电极表面固定了 ZrP-MB。用 CV 和 i-t 方法对 PG/ZrP- MB/bmimPFlt;,6gt;电极在低电位(0.0 V)下检测 NADH 进行了研究。 结果表明：与 PG 电极和 PG/ZrP/bmimPFlt;,6gt;电极相比， PG/ZrP-MB/bmimPFlt;,6gt;电极对 NADH 的催化响应电流增大了近 20 倍。而且，PG/ZrP-MB/bmimPFlt;,6gt;电极具有高的响应灵敏度 (76.5 mA Mlt;#39;-1gt; cmlt;#39;-2gt;)， 低的检测限(6M，S/N=3)，快的响应时间(5s 内)和宽的线性范围(6- 540M，r=0.995)。由于较低的检测电位和外层 Nation 膜的屏蔽效应， PG/ZrP-MB/bmimPFlt;,6gt;电极具有良好的稳定性和抗干扰能力。正文内容正文内容化学修饰电极是通过化学修饰的方法在电极表面进行分子设计，将具有优 良物理/化学性质的分子、离子、聚合物固定在电极表面，从而具有某种特定的 化学和物理性质的一类电极。其应用已涉及到化学、生命科学、医学、环境、 食品和军事等诸多领域。本论文使用不同材料、不同修饰方法制备了一系列新 型的化学修饰电极，并将它们应用于生物传感和电催化领域。构建了新型的电 流型葡萄糖生物传感器，和含杂多酸或室温离子液体的化学修饰电极。通过紫 外光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X 射线能量散射谱(EDS)、电化学循环伏安扫描(CV)、电化学交流阻抗 (EIS)、电流时间曲线(i-t)、Tafel 极化曲线等分析测试技术，对修饰电极的 形貌、结构、物理化学性质和应用进行了详细研究。本论文的主要研究工作如 下： (1) 在金(Au)电极上电化学共聚碳纳米管(CNT)、葡萄糖氧化酶(GOD)和 邻氨基酚，构筑新型金/聚邻氨基酚/碳纳米管/葡萄糖氧化酶电极 (Au/POAP/CNT/GOD)。采用 SEM 技术对该电极的微观形貌进行了表征，并用 CV 和 i-t 技术研究了该电极对葡萄糖响应的性能。Au/POAP/CNT/GOD 电极对葡萄 糖的检测限为 0.01 mM；最大响应电流为 0.24 mA cmlt;#39;- 2gt;；响应灵敏度为 11.4 mA Mlt;#39;- 1gt;cmlt;#39;-2gt;。 (2) 构筑了基于铜微颗粒(Cu) 和聚邻氨基酚(POAP)的葡萄糖生物传感器。用恒电位沉积法制备了金/铜微颗粒 (Au/Cu)电极。采用 SEM 和 EDS 技术对 Au/Cu 电极的微观形貌和元素组成进行了 表征，并用 CV 和 i-t 技术研究了酶电极(Au/Cu/POAP/GOD)对葡萄糖响应的性能。 Au/Cu/POAP/GOD 电极对葡萄糖的检测限为 0.01 mM；最大响应电流为 0.45 mA cmlt;#39;-2gt;：响应灵敏度为 12.6 mA Mlt;#39;- 1gt;cmlt;#39;-2gt;。该酶电极具有良好的重现性、稳 定性和实际应用价值。 (3) 制备了基于无机导电膜(普鲁士蓝，PB)和有机不 导电膜(聚邻氨基酚，POAP)双层膜的新型葡萄糖生物传感器。用电化学方法对 传感器的制备、性质以及影响因素进行了详细研究。由于 PB 具有良好导电性， 而且对过氧化氢既能催化氧化，又能催化还原，因此，铂/普鲁士蓝/聚邻氨基 酚/葡萄糖氧化酶(Pt/PB/POAP/GOD)电极既能在氧化电位(0.6 V)，也能在还原 电位(0.0 V)下检测葡萄糖。在 0.6 V 的检测电位下，Pt/PB/POAP/GOD 电极对 葡萄糖具有低的检测限(0.01 mM)、大的最大响应电流(0.72 mAcmlt;#39;-2gt;)和高的响应灵敏度(44.0 mA Mlt;#39;-1gt; cmlt;#39;-2gt;)等特性。并 且该电极具有良好的重现性和稳定性。 (4) 从仿生角度构筑了含杂多酸的新 型化学修饰电极。用碳纳米管(CNT)电极来支撑仿生油脂膜(DDAB)，在 CNT 电极 表面，DDAB 自组装成膜，然后 Dawson 型钼磷酸铵 (Plt;,2gt;Molt;,18gt;)通过静电作用吸附在 DDAB 膜上。 采用 SEM 和 EDS 技术对 CNT/DDAB/Plt;,2gt;Molt;,18gt;电 极的微观形貌和元素组成进行了表征。用 CV 和 EIS 方法详细讨论了 CNT/DDAB/Plt;,2gt;Mol