【摘 要】
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传感器是社会生产生活中一类应用广泛的现代化检测仪器,它可以捕获周围的信息并且根据预先设定的规律转换所捕获的信息的形式,其中电信号是目前最常见的信息转换形式。因此,检测电信号的电化学传感器被广泛研究,它操作简单,易于携带,成本低廉且具有良好的灵敏性。正是由于这些优点,电化学传感器目前被应用在公共卫生与食品、药品安全,环境监测与疾病早期筛查等重要领域。金属有机框架(MOFs)由于内部孔尺寸的大小可根据
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传感器是社会生产生活中一类应用广泛的现代化检测仪器,它可以捕获周围的信息并且根据预先设定的规律转换所捕获的信息的形式,其中电信号是目前最常见的信息转换形式。因此,检测电信号的电化学传感器被广泛研究,它操作简单,易于携带,成本低廉且具有良好的灵敏性。正是由于这些优点,电化学传感器目前被应用在公共卫生与食品、药品安全,环境监测与疾病早期筛查等重要领域。金属有机框架(MOFs)由于内部孔尺寸的大小可根据需要进行调整、不饱和的活性位点十分丰富、其比表面积优于其他多孔材料(可达数千m2·g-1)和晶格结构规则且有序被广泛的应用在反应催化、化学传感、气体吸附和能源等领域。但是MOFs自身的导电性不佳,因此目前的工作一般都聚焦于MOFs衍生材料的开发和应用。离子液体(IL)拥有几乎可以忽略的蒸气压、不俗的物质溶解能力、优异的离子导电性以及卓越的结构可设计性,使其在MOFs合成和电化学领域极具前景。论文通过离子热法将IL负载到MOFs空腔中,提高了 MOFs的电化学响应性能。基于此,本文制备了离子液体负载的Ni-MOF和Co-MOF修饰电极,可分别应用于多巴胺和葡萄糖快速准确的检测。本文的主要研究内容和实验结果如下:(1)基于离子液体负载镍基金属有机框架在多巴胺检测中的应用使用离子热反应合成了离子液体负载的镍基金属有机骨架(Ni-MOF),用于多巴胺的电化学检测。通过扫描电镜(SEM)对实验合成的Ni-MOF的微观表面形貌进行了观察表征;同时通过X射线衍射(XRD),热重分析(TGA)和衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)探究了 Ni-MOF的结构和组成。通过差分脉冲伏安法(DPV)对Ni-MOF修饰电极的电化学性质进行了表征。通过引入离子液体改善了 Ni-MOF对多巴胺的电化学响应性能。Ni-MOF修饰电极对于多巴胺的检测限为60 nmol·L-1,并且其对多巴胺的线性范围可以达到0.2-100μmol·L-1。进一步的研究表明,Ni-MOF修饰电极对复杂混合物中的多巴胺仍然具有明显的电催化效果,表现出优异的抗干扰能力。另外修饰电极的长时间稳定性和多次实验的重现性也呈现出较好的结果。此外,对真实样品的分析证实了 Ni-MOF修饰电极具有优异的实际可靠性。(2)离子液体负载的钴基金属有机框架构建无酶葡萄糖电化学传感器分别通过离子热法和一步转化法成功地制备了钴基金属有机骨架(Co-MOF)和Co-MOF衍生的氢氧化钴(Co(OH)2)。Co-MOF/GCE由于离子液体的引入,使得电极溶液界面导电效率提高,从而使得其对葡萄糖的催化性能得到改善。通过SEM、XRD、TGA和ATR-FTIR来研究其形貌和组成。循环伏安和计时电流实验说明,与Co(OH)2相比,Co-MOF对葡萄糖显示出更高的电催化性能。Co-MOF修饰电极对葡萄糖的检测范围为5-900 μmol·L-1,检测限为1.6 μmol·L-1(S/N=3)。Co-MOF修饰电极还表现出不俗的稳定性,可重复性以及更好的选择性,并且可以实现尿液中葡萄糖的检测。离子液体负载的MOFs有望解决传统MOFs导电性差的问题,这或许能够为生物分子的高效检测提供一个新的方向。
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