纳米氧化锌的制备、表征、及其修饰电极对生物分子的电催化

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在生物传感器和生物燃料电池等的研究中,生物大分子的固定是一个很重要的研究领域。而在生物大分子的固定方面,载体的选择是十分重要的。考虑到纳米ZnO是一种无机半导体材料,其制备方法简单,价格低廉,具有较大的比表面积等优点,本论文研究了纳米ZnO的制备、表征、及以纳米ZnO作载体的辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)修饰电极的制备和它们的电化学和电催化性能。主要结果如下:1.用直接沉淀法制得了ZnO纳米粒子。并用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线能量扩散光谱仪(EDS)等多种技术对ZnO纳米粒子进行了形貌和结构进行了表征。发现用直接沉淀法合成的ZnO呈四方锥状、具有多孔结构、大小均匀、分散性好、没有明显的团聚现象。平均粒径在65nm左右,比表面值为43m2/g,孔径为4nm。2.研究了固定在ZnO和二甲基亚砜(DMSO)混合物修饰电极表面的HRP的电化学和电催化性能。结果表明,固定在ZnO-DMSO修饰电极表面的HRP没有变性,能进行准可逆的直接电化学反应,适量电位为-228 mV。适量电位与溶液pH呈线性关系,并证明了HRP的直接电化学反应是1电子1质子的表面控制过程。电子传递速率常数ks为3.95±0.89 s-1,比文献中报道的值大很多,表明由于DMSO和ZnO的协同作用,使固定在ZnO-DMSO修饰电极表面的HRP能进行快速的电子传递。另外还发现固定在ZnO-DMSO修饰电极表面的HRP对H2O2的还原有良好的电催化活性、稳定性和重现性。3.研究了固定在ZnO修饰电极表面的GOx的电化学和电催化性能。结果表明,固定在ZnO修饰电极表面的GOx没有变性,能进行准可逆的直接电化学反应,适量电位为-456 mV。适量电位与溶液pH的线性关系说明GOx的直接电化学反应是一个2电子2质子的过程。电子传递速率常数ks为39.2±7.2 s-1,比文献中报道的值大很多,表明ZnO对GOx的直接电化学反应有很好的促进作用。另外还发现当加入葡萄糖后,消耗了氧气,使氧还原峰下降,且随着葡萄糖的加入,氧还原峰线性下降,因此该方法可构建一种新型的葡萄糖传感器且有较高的灵敏度。这种Gox-znO电极还可用于生物燃料电池,因此具有很好应用前景。
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