CdTe量子点功能复合材料的制备及其电化学生物传感应用研究

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本论文将巯基丙酸(MPA)修饰的CdTe量子点(QDs)通过静电吸附分别与核壳结构的多壁碳纳米管@还原氧化石墨烯纳米带(MWCNTs@rGONRs)或 Bi2S3纳米棒(NRs)复合,分别制得了CdTe QDs修饰的功能复合物 CdTe/MWCNTs@rGONRs或CdTe/Bi2S3,然后基于所制备功能复合物良好的光/电化学性能,构建了胆固醇全固态近红外(NIR)电化学发光(ECL)传感和啶虫脒光电化学(PEC)传感平台,取得了一些创新性且很有价值的成果,具体研究内容如下:  (1)首先将部分氧化剥离法制得的核壳结构MWCNTs@氧化石墨烯纳米带与阳离子聚合物聚二烯基丙二甲基氯化铵(PDDA)复合后,用水合肼还原,制得MWCNTs@rGONRs;然后通过静电吸附作用,将其与水相回流法制备的 MPA修饰的 CdTe QDs复合,制得CdTe/MWCNTs@rGONRs。X射线光电子能谱(XPS)、紫外(UV-vis)和荧光(PL)等谱学实验证实CdTe/MWCNTs@rGONRs被成功制备,且具有近红外(NIR)PL发射;透射电子显微镜(TEM)显示,CdTe QDs均匀分布在MWCNTs@rGONRs表面,没有明显的脱落和团聚现象。对比研究发现,CdTe/MWCNTs@rGONRs的 ECL信号强度是CdTe QDs的4.3倍,且其ECL起始电位降低了100 mV。进一步以制备的 CdTe/MWCNTs@rGONRs为胆固醇氧化酶(ChOx)固定载体和 ECL发光试剂,基于 ChOx催化氧化胆固醇产生的H2O2会增敏复合材料中的CdTe QDs ECL信号,构建了全固态 NIR胆固醇 ECL生物传感器。在优化条件下,胆固醇浓度的对数在1.0×10-6 mol/L~1.0×10-3 mmol/L区间内,与ECL信号呈良好的线性关系,检出限为3.3×10-7 mol/L(S/N=3)。该传感器已用于实际样中胆固醇的检测。  (2)UV-vis光谱证实“种子生长法”制备的Au NRs的纵向特征吸收峰与CdTe/MWCNTs@rGONRs的PL光谱峰重叠,表明Au NRs可以作为能量受体,与CdTe/MWCNTs@rGONRs中的能量供体CdTe QDs,实现共振能量转移。基于该共振能量转移体系,结合啶虫脒适配体特异性识别,构建了一种 PEC适配体啶虫脒传感器,该传感体系中MWCNTs@rGONRs不仅可以作为CdTe QDs的载体,还可以有效放大CdTe QDs的光电流信号(约2.3倍)。在优化条件下,啶虫脒浓度的对数在5.0×10-13 mol/L?1.0×10-5 mol/L区间内,与PEC信号呈良好的线性关系,检出限为1.7×10-13 mol/L(S/N=3)。该传感器已用于实际样中啶虫脒的检测。  (3)采用溶剂热法制备了Bi2S3 NRs,并通过 X-射线粉末衍射(XRD)、TEM、紫外漫反射光谱和Zeta电位等手段对其进行了表征,结果证实,制备的Bi2S3 NRs边缘较平整,长度约为210 nm,是正交晶相结构,且结晶度较高,表面带正电荷,其禁带宽度约为1.55 eV。进一步将其通过静电作用与带负电荷的MPA功能化的CdTe QDs复合,制得了CdTe/Bi2S3。对比研究发现,所制得的CdTe/Bi2S3的光电流信号分别是CdTe QDs和Bi2S3 NRs的30倍和1.6倍,这归因于CdTe/Bi2S3的形成有效地抑制了半导体电子-空穴重组,提高光电转换效率。CdTe/Bi2S3良好的PEC性能,为进一步拓展其在PEC传感领域的应用奠定了基础。
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