二维层状复合材料的制备与电化学传感器的研究

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二维层状材料代表了一类新兴的纳米材料,因具有比表面积高、电子传递速度快、制备和剥离容易的特点,得到了广泛的应用。并且,这种材料能够通过插层的方法将具有功能性的客体材料插入到层间,形成一种新型的二维层状纳米复合材料。形成的新型的纳米复合材料不仅具有主体材料独特的结构特性,规整的层状结构和稳定的物化性质,还兼具客体材料的优异性能,从而在光电催化领域,电化学及其生物传感器等方面具有很大的潜在应用价值。本文主要选择二维层状纳米材料K3Ti5Nb O14,Li Ta Mo O6和氧化石墨烯为主体材料,选择带有正电的阳离子色素亚甲基蓝和金属卟啉(Mt TMPy P,Mt=Fe,Mn)为客体材料,将客体材料引入到主体材料的层间形成新的二维层状纳米复合材料对其电化学的性质进行了研究。主要研究内容如下:1.首先采用传统的高温固相烧结法制备二维层状材料K3Ti5Nb O14和Li Ta Mo O6,选取这些材料为二维层状主体材料。然后采用四丁基氢氧化铵(TBAOH)将二维层状材料剥离成带负电荷的纳米片,另外一种主体材料氧化石墨烯(GO)采用超声辅助法剥离成带负电荷的纳米片,最后利用静电力自组装的方法将亚甲基蓝(MB)或金属卟啉(Mt TMPy P)插入到层间,得到了MB/Ti5Nb O14、Fe TMPy P/Ti5Nb O14、Mn TMPy P/Ta Mo O6和MB/GO。此外,采用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱技术(XPS)、紫外可见光谱(UV-vis)和红外光谱(FTIR)等仪器对这些纳米复合材料的结构和形貌表征。2.采用滴涂法将材料均匀的滴加在玻碳电极(GCE)的表面上,制作成修饰电极MB/Ti5Nb O14/GCE、Fe TMPy P/Ti5Nb O14/GCE、Mn TMPy P/Ta Mo O6/GCE和MB/GO/GCE,然后对其电化学性能进行研究。主要采用电化学阻抗法(EIS),循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)对这些修饰电极进行了大量的测试。实验结果说明了这些新型的纳米复合材料的电子转移能力有了很大的提高,对抗坏血酸(AA),多巴胺(DA)和尿酸(UA)具有良好的电化学氧化性能。MB/Ti5Nb O14,Fe TMPy P/Ti5Nb O14这两种纳米复合材料分别可以检测多巴胺和尿酸,在检出范围分别为0.0249 m M-0.4988 m M和2.5μM-382μM时,他们均有较低的检出限分别为2.01μM和0.5μM;Mn TMPy P/Ta Mo O6纳米复合材料可以同时检测出抗坏血酸和多巴胺两种物质;MB/GO纳米复合材料可以同时检测出多巴胺和抗坏血酸两种物质,他们均具有很低的检出限,并且合成后的新型的纳米复合材料性质稳定,有良好的重现性和抗干扰能力,都可以有望发展成为对抗坏血酸,多巴胺和尿酸的高灵敏的电化学传感器。该论文有图111副,表18个,参考文献374篇。
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