電紡氨基-巰基化有機硅凝膠纖維修飾電極及其電化學傳感.pdf

1、近年來，電紡納米纖維材料由于具有高比表面積和多孔結構等特點而成功的應用到電化學傳感領域。靜電紡絲前驅液中一般需要添加高分子聚合物以改善其可紡性，但多數(shù)聚合物具有較差的導電性，從而限制了其在電化學傳感領域的應用。
　　本文主要以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和3-巰丙基三甲氧基硅烷(MPTS)溶膠為靜電紡絲前驅液，利用靜電紡絲技術成功制備了多種有機硅凝膠纖維修飾電極，結合原位沉積金納米粒子技術以改善纖

2、維的導電性，并應用于水體中痕量重金屬（如鎘和銅）離子及小分子有機物（如水合肼）的高靈敏檢測。主要研究內容和結論如下：
　　1、以高分子聚合物PVP為成纖基質，與APTES溶膠混合制備紡絲前驅液，利用靜電紡絲技術制備含有氨基的有機硅凝膠纖維（AOF），并將其修飾在有MPTS單分子膜的金電極表面,從而制得富含氨基的有機硅凝膠纖維修飾電極(AOF/MPTS/AuE)。實驗中研究了靜電紡絲參數(shù)對AOF形貌的影響。在15 kV、15 cm、

3、0.8 mL/h的條件下，可制得較均勻、穩(wěn)定的纖維絲。運用掃描電子顯微鏡(SEM)和傅里葉變換紅外吸收光譜(FTIR)對纖維形貌、結構進行表征。由于電極表面富含氨基官能團及修飾的纖維具有三維立體網(wǎng)絡結構，采用溶出伏安法證明了該修飾電極對水中Cu（Ⅱ）離子具有高靈敏的溶出伏安響應，在優(yōu)化條件下，Cu（Ⅱ）離子的溶出峰電流與其濃度在7.8×10-12~1.5×10-9 mol/L和1.5×10-9~7.8×10-8 mol/L范圍內呈現(xiàn)良好

4、的線性關系，檢測限為2.6×10-12 mol/L(S/N>3)，并將其成功應用于實際水樣的測定。
　　2、以高分子聚合物PVP為成纖基質，與MPTS和APTES溶膠混合，在最優(yōu)紡絲條件下（15 kV、12 cm、0.6 mL/h），利用靜電紡絲技術制備富含巰基-氨基的復合有機硅凝膠纖維（ATOF），并采用原位沉積法在纖維表面沉積金納米顆粒，進一步制得包含金納米顆粒的巰基/氨基功能化復合有機硅凝膠纖維修飾電極（Aunano-ATO

5、F/AuE），該修飾電極對重金屬Cd（Ⅱ）離子和Cu（Ⅱ）離子有很好的電化學響應。SEM的結果表明實驗中制備了連續(xù)性好且均勻的纖維，F(xiàn)TIR證明了富含氨基和巰基的有機硅凝膠纖維的形成，TEM和X射線光電子能譜（XPS)證明了極細金納米粒子在纖維表面的成功沉積，粒子分散均勻，平均粒徑為2.5 nm。由于纖維膜中同時含有巰基和氨基這兩種官能團，采用溶出伏安法研究了該電極對Cd（Ⅱ）離子和Cu（Ⅱ）離子的同時檢測的可行性。在優(yōu)化條件下，其溶出

6、峰電流與其濃度分別在8.9×10-9~7.1×10-7 mol/L和4.0×10-10~1.1×10-8 mol/L范圍內呈現(xiàn)良好線性關系。
　　3、以高分子聚合物PVP為成纖基質，與MPTS溶膠混合，在優(yōu)化紡絲條件下（15 kV、13 cm、0.5 mL/h），利用靜電紡絲技術制備含有巰基的有機硅凝膠纖維（TOF）。由于Au-S鍵的共價鍵合，TOF能夠在金電極表面穩(wěn)定固著，有機硅凝膠纖維經過乙醇浸泡可去除大部分的PVP，從而形成

7、具有多孔網(wǎng)絡結構的巰基有機硅凝膠纖維（PTOF），經過金納米顆粒的沉積，得到富含金納米粒子的多孔有機硅凝膠纖維修飾電極(Aunano-PTOF/AuE)，運用SEM和FTIR技術對纖維的形貌和結構進行表征，證明了多孔纖維膜的形成，采用TEM和XPS技術表明金納米粒子成功沉積在纖維表面。循環(huán)伏安實驗結果證明了PVP的去除和納米粒子的沉積大大改善了纖維的導電性及比表面積。該修飾電極還可應用于水體中水合肼的檢測，在0.5～50μmol/L和5