论文部分内容阅读
金属-氧化物纳米材料具有高电化学活性、低氧化还原电位和良好的生物相容性,已广泛应用于传感、储能、催化和生物医学等领域。然而,目前所制备的此类材料大多存在粒子尺寸大、分散性不佳和电子传导性差等缺点,致使材料固有的优异电化学性质还远远没有得到体现。因此,开发具有尺寸结构可调、分散性好、导电性优异的电极材料,对促进电化学性能的整体提升具有重要意义。针对传统电极材料粒径较大、比表面积小造成活性物质利用率低的问题,通过石墨烯量子点对过渡金属离子的“缓释作用”,建立以组氨酸功能化石墨烯量子点(His-GQD)调控纳米材料尺寸及结构的方法。利用石墨烯量子点片边缘引入的咪唑功能基团与Cu2+生成稳定配合物,随后经缓慢氧化处理得到尺寸小且结晶度高的氧化铜-组氨酸功能化石墨烯量子点复合材料(CuO-His-GQD)。石墨烯量子点与CuO的原位合成实现了p型半导体与n型半导体的巧妙结合,产生类似“p-n结”界面,使得CuO-His-GQD复合材料表现为更高的电催化活性。以CuO-His-GQD为电极材料构筑对苯二酚传感器,采用差分脉冲伏安法(DPV)检测对苯二酚并在1.0×10-7～1.0×10-4 M浓度范围内表现出良好的线性关系,相应的回归方程为Ip=0.5753C+17.093,R2=0.999,检出限(S/N=3)为3.1×10-7 M。在环境水样中测定时,CuO-His-GQD电极表现出优异的抗干扰和稳定性。针对金属氧化物半导体电导率低的问题,建立以组氨酸功能化石墨烯量子点原位复合Ni2+的方法,构建具有三维网络多孔结构的纳米建筑。在实现粒子尺寸调控的同时,将氧化后的Ni O-His-GQD复合物通过惰性气体高温热还原形成Ni-His-GQD。一方面,Ni纳米粒子与His-GQD的亲密接触大大缩短了两种复合物之间的间隙,带来更快的电子迁移速度;另一方面,紧密接触形成的导体(Ni)/半导体(His-GQD)催化界面,能够产生类似Stokes二极管结构,加速了半导体内空穴载流子的迁移速率。以Ni-His-GQD电极材料制备无酶葡萄糖电化学传感器,表现出良好的电催化活性。采用安培分析法对葡萄糖浓度进行检测,在5.0×10-6～2.0×10-3 M的浓度范围内呈现出良好的线性关系,校准曲线为Ip=20.89 C+1.7713,R2=0.9884,检出限(S/N=3)为1.7×10-6 M。并在人体血清样品中表现出较高的准确性。针对金属纳米材料分散性差,颗粒团聚导致活性位点大大减少的问题,设计组氨酸功能化石墨烯量子点-石墨烯杂合体(His-GQD@r GO),利用石墨烯-石墨烯量子点杂合体中组氨酸功能化石墨烯量子点咪唑基团与Ni2+、Co2+配位,形成了固载着Ni、Co配合物的三维石墨烯网络体系。采用固定着镍钴离子的石墨烯-石墨烯量子点杂合物作为前驱体,在惰性气体下一步高温热还原形成镍钴-组氨酸石墨烯量子点@石墨烯复合材料(Ni Co-His-GQD@r GO)。利用超级电容模型探究复合电极材料的电化学性能,Ni CoHis-GQD@rGO电极在1 Ag-1的电流密度下容量高达1250 F g-1,在10 Ag-1的电流密度下仍可以保持64%的容量,表现出优异的倍率性能。采用差分脉冲伏安法用于多巴胺的含量检测,在p H=7.0的磷酸缓冲溶液中表现出灵敏的电化学响应。当多巴胺浓度在6.0×10-8～5.0×10-5 M范围内,DPV峰电流与多巴胺浓度呈现良好的线性关系,相对应的校准曲线为Ip=0.554C+21.706,R2=0.9985,检出限(S/N=3)为2.0×10-8 M,并成功应用于尿液中多巴胺含量的检测,具有较高的稳定性和抗干扰性。