基于金属氧化物的电化学传感器的构建及其分析应用

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纳米金属氧化物是很有潜力的一种纳米材料,具有成本廉价、比表面积大、能量带隙宽、催化性能好等特点,其被广泛地应用于气体传感器、光催化、锂离子电池、超级电容器和电化学传感器等领域。石墨烯是一种导电性很好的片层结构的碳材料,常被作为基底材料,但其分散性和溶解性不佳,所以人们利用功能化方法来改善这一缺点。本论文中,我们以十二烷基硫酸钠(SDS)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)功能化的石墨烯为基底材料,将三种不同的纳米金属氧化物负载在石墨烯(GN)的表面,通过结合二者各自的优异性质以及之间的协同作用,构筑了三种电化学传感器,研究了修饰电极的性能并对药物和偶氮类色素进行了分析检测,最后,成功地应用于实际样品的检测。1.SDS-GN/SnO2修饰电极的构建及对瑞香素的检测本实验,我们通过一步合成法制备了SDS-GN/SnO2复合材料,该复合材料对瑞香素的电化学信号有显著地提高。我们用紫外光谱法、红外光谱法、X射线衍射法以及透射电镜表征了该复合材料,用循环伏安法(CV)和差示脉冲伏安法(DPV)对瑞香素进行定量检测。在最佳条件下,瑞香素的氧化峰电流与其浓度呈正比关系,得到的线性范围分别是0.03-1.0和1.0-8.0μmol L-1,检测限为0.008μmol L-1。本实验构筑的瑞香素电化学传感器对比其他传感器具有更高的灵敏度,并且成功地应用于检测祖师麻中的瑞香素,得到了满意的结果。2.PSS-GN/WO3修饰电极的构建及对葛根素的检测本实验,我们通过简单超声将已经制备好的PSS-GN和WO3纳米棒混合均匀,制备了PSS-GN/WO3修饰材料,其中WO3纳米棒不仅能增大比表面积还能够增加材料的溶解性。基于该材料,我们构筑了葛根素电化学传感器。由于PSS-GN和WO3之间的协同作用以及各自的优异性质,该修饰材料对葛根素的氧化活性具有显著的改善作用,并能提高该传感器的灵敏度。我们用CV和线性扫描伏安法(LSV)定量测定了葛根素,在最佳条件下,葛根素的氧化峰电流与其浓度呈正比关系,得到的线性范围分别是0.06-0.6和0.6-6.0μmol L-1,检测限为0.04μmol L-1。本实验构筑的葛根素电化学传感器具有高的灵敏度,并且成功地应用于检测血浆中的葛根素,得到了满意的结果。3.PSS-GN/Co3O4修饰电极的构建及对苋菜红的检测本实验,我们采用简单绿色的水热法制备了PSS-GN/Co3O4复合材料,其中Co3O4纳米簇大大地增加了材料的比表面积。基于此复合材料,我们构筑了苋菜红电化学传感器,该传感器对苋菜红的检测信号有明显地提升。我们用多种表征手段对该复合材料进行表征,并用CV和LSV对苋菜红进行了定量地测定,在最佳条件下,苋菜红的氧化峰电流与其浓度呈正比关系,得到的线性范围分别是0.01-1.0和1.0-6.0μmol L-1,检测限为0.004μmol L-1。本实验构筑的苋菜红电化学传感器具有高的灵敏度,并且成功地应用于检测饮料中的苋菜红,得到了满意的结果。通过以上纳米金属氧化物和功能化石墨烯之间的协同作用,我们成功地构筑了相应的电化学传感器并用以分析应用。本论文进一步证明了纳米金属氧化物在电化学检测上的优异性能,拓宽了其应用范围。
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