基于功能化碳纳米管修饰电极对生物分子的电催化研究

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