基于石墨烯復(fù)合功能材料的電化學(xué)傳感器的研究.pdf

1、電化學(xué)生物傳感器是將電化學(xué)傳感器與生物分子特異性識別相結(jié)合的一種生物傳感裝置。修飾電極常作為電流型化學(xué)與生物傳感器的換能器，是當(dāng)前電化學(xué)傳感器、生物傳感器等方面的研究熱點(diǎn)。納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和催化特性及良好的生物相容性，作為電極修飾材料，具有很高的活性和選擇性。石墨烯是由一層單層的碳原子所緊密堆積成的二維的蜂窩網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)。由于它具有獨(dú)特的光學(xué)、熱學(xué)、電子和機(jī)械性能，被廣泛應(yīng)用于納米電子學(xué)、光子學(xué)、催化、電池、超級電容器、化學(xué)

2、和生物傳感器等眾多領(lǐng)域。近年來三維宏觀結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合材料的研究引起了人們的關(guān)注。二維石墨烯之間會發(fā)生相互作用和疊加，進(jìn)而可以聚集成穩(wěn)定的具有一定規(guī)則形狀的三維宏觀石墨烯材料。宏觀體中三維空間結(jié)構(gòu)的存在不僅能夠保持石墨烯納米片自身的優(yōu)良性能，防止石墨烯片的不可逆堆疊，而且空間交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在可以提供大的比表面積，減少電子傳遞阻力，增加物質(zhì)傳遞的路徑，表現(xiàn)出良好的吸附性能。本論文將多種納米材料作為修飾劑，制備了3種功能化石墨烯復(fù)合材料修

3、飾電極和一種碳材料修飾電極，并研究了蛋白質(zhì)在其表面的電化學(xué)行為。
　　1.水熱法合成了石墨烯-硫化銅(GR-CuS)納米復(fù)合材料，利用層層涂布法用殼聚糖(CS)將GR-CuS納米材料、血紅蛋白(Hb)固定在離子液體正丁基吡啶六氟磷酸鹽(BPPF6)修飾碳糊電極(CILE)表面，得到電化學(xué)生物傳感器(CS/Hb/GR-CuS/CILE)。紫外可見光譜和紅外光譜實(shí)驗(yàn)表明 Hb在復(fù)合材料中的原始構(gòu)象沒有變化；利用循環(huán)伏安法研究了修飾電極

4、的直接電化學(xué)行為，在pH3.0的PBS緩沖溶液中得到一對峰形良好的準(zhǔn)可逆峰，該修飾電極對三氯乙酸(TCA)表現(xiàn)出良好的電催化能力，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，催化還原電流Iss和TCA的濃度C在3.0~64.0mmol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測限為0.2mmol/L(3σ)。
　　2.以離子液體正己基吡啶六氟磷酸鹽(HPPF6)修飾電極(CILE)為基底電極，電沉積三維石墨烯-金復(fù)合物(3D GR-Au)修飾電極，構(gòu)建肌紅蛋白(Mb

5、)電化學(xué)傳感器，研究Mb在復(fù)合膜上的電化學(xué)行為。循環(huán)伏安圖中得出一對可逆的良好的氧化還原峰說明在電極表面實(shí)現(xiàn)了Mb的直接電化學(xué)，這是由于3D GR-Au復(fù)合材料在電極表面加快了Mb與界面的電子轉(zhuǎn)移且具有良好的生物相容性。研究了CS/Mb/3D GR-Au/CILE對三氯乙酸(TCA)的電催化，檢測范圍為0.2mmol/L到36.0mmol/L，檢測線為0.06mmol/L(3σ).
　　3.采用電沉積的方法先后在離子液體正丁基吡啶

6、六氟磷酸鹽(BPPF6)修飾碳糊電極(CILE)表面電沉積三維石墨烯(3D GR)和銀(Ag)納米粒子進(jìn)一步用于固定牛血紅蛋白(Hb)得到修飾電極(CS/Hb/Ag/3DGR/CILE)。利用電子掃描顯微鏡考察了復(fù)合材料的表面形貌，交流阻抗譜研究了界面的導(dǎo)電情況，循環(huán)伏安法掃描出現(xiàn)一對可逆的峰型良好的氧化還原峰，說明Ag/3DGR復(fù)合材料的存在有效地增大了比表面積，加快了Hb與電極界面的電子轉(zhuǎn)移速率。
　　4.用水熱合成法制備碳微

7、米球(CMS)并修飾在離子液體N-丁基吡啶六氟磷酸鹽修飾碳糊電極上。通過掃描電子顯微鏡、透射電鏡、X射線衍射、拉曼光譜和傅立葉變換紅外光譜對CMS進(jìn)行表征。將牛血紅蛋白（Hb）和殼聚糖（CS）固定在CMS修飾電極上制備蛋白質(zhì)傳感器。用紫外吸收光譜和傅立葉變換紅外光譜檢測出在復(fù)合物中的Hb的特征峰，通過循環(huán)伏安法和交流阻抗譜檢測修飾電極的電化學(xué)特性。采用循環(huán)伏安法對電極進(jìn)行研究，結(jié)果得到準(zhǔn)可逆的一對氧化還原峰，證明Hb在修飾電極CS/CM