新型稳定黑磷纳米片制备及其电化学催化研究

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新型材料的发现和研究具有重要的应用价值,研发历史最久、发展最成熟的石墨烯(GR)已经到达应用型研究和产品研发阶段。黑磷(BP)作为最稳定的磷同素异形体,凭借各向异性的层状结构、良好的电流开关比、室温移动性高等特性,已经被广泛用于晶体管、光催化剂和太阳能电池等领域。黑磷纳米片(BPNS)是块状BP经过机械或液相剥离后所获得的材料,作为传感材料有着比BP更好的电化学性能,因此在气体、湿度及DNA等检测发挥重要作用。但是,BPNS在空气中较低的稳定性极大地制约了其应用。本学位论文将不同的染料分子修饰在BPNS表面作为稳定剂,实现了稳定性的提高。同时以所制备的BPNS作为电极修饰材料,构建了过氧化氢(H2O2)和多巴胺(DA)电化学传感系统,并通过实验证实了该传感器的快速、灵敏、高选择性。本研究为提高BPNS的稳定性及BPNS基电化学生物传感器的应用提供了有效的方法,拓宽了BPNS在分析化学中的应用。详细工作介绍如下:(1)我们提供了一种制备高稳定性的BPNS/TH新方法。硫堇(TH)可作为稳定剂,通过π-π键的堆叠作用吸附于BPNS表面。电子显微镜和光谱表征结果表明所制备的复合产物保持了BPNS的高比表面积结构,而该复合物在空气中的稳定性显著提高,可以维持1周以上。以BPNS/TH作为电极修饰材料,制备了复合材料修饰电极(BPNS/TH/GCE),我们发现首次这种复合材料具有过氧化物模拟酶(HRP)性质,可用于H2O2的电催化还原,所开发的H2O2传感器展现出宽线性范围(0.01–3.0mmol·L-1)、低检测限(0.0134μmol?L-1)、较好的稳定性和重现性。(2)以重氮化的吩嗪染料中性红(DNR)作为稳定剂,制备了更为稳定的纳米复合材料BPNS/DNR,以其作为电极修饰材料,实现了DA的灵敏检测。循环伏安法(CV)及电化学阻抗谱(EIS)等表征的结果,证实该材料保持了BPNS大的比表面积和活性位点,有利于目标分子的富集。此外,DNR显著提高了BPNS的稳定性,作为导电介质,加快了电子转移速率,有利于DA的电化学检测。该修饰电极对DA电化学传感展现出较大的检测范围(0.05–75μmol?L-1)、低的检出限(0.077μmol·L-1)、良好的重复性、重现性和稳定性。
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