石墨烯修饰电极的构建及其在海岸带水体金属检测中的应用

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海岸带是指在海陆之间彼此作用的地带,是人类活动的重要场所。铁、锌等是生物体所必需的金属元素,也是水体生物的重要营养元素,它们在海岸带水体中的浓度及存在形态不仅对海岸水体生态具有不可忽视的影响,也会进一步影响海洋生态。因此,建立一种准确、灵敏检测海洋中的微量元素的方法,有利于对海岸带水体进行有效的监控。本论文以电化学方法为主要的检测手段,通过石墨烯基纳米复合材料修饰电极的设计,建立了两种电化学传感检测方法用来海岸带水体中Fe2+、Zn2+的检测,主要研究工作如下:1)还原氧化石墨烯/还原亚甲基蓝/铂纳米粒子修饰电极伏安法检测海水中的Fe2+基于电荷中继效应,构建了基于还原氧化石墨烯/还原亚甲基蓝/铂纳米离子/玻碳电极(rGO/LMB/Pt NPs/GCE)的电化学传感器用于海岸带水体Fe2+的检测。通过π-π相互作用将阳离子染料MB吸附在GO的表面,再通过库仑力的作用将PtCl62-吸附在GO/MB的表面,在NaBH4的作用下,PtCl62-被还原成Pt NPs,GO被还原成rGO,Pt NPs可作为电子中继体传递电子将MB降解为LMB,从而合成了rGO/LMB/Pt NPs纳米复合物。为提高测定Fe2+的选择性和灵敏度,采用Bp作为络合剂,形成Fe2+-Bp络合物。在电沉积过程中,Fe2+-Bp更易吸附在rGO/LMB/Pt NPs/GCE表面,且Fe2+-Bp络合物在水溶液中遵循单电子转移过程。其中,Pt NPs的催化放大效应以及rGO、LMB、Pt NPs三者的协同效应,在电化学检测Fe2+时具有良好的效果。检测的线性范围为0.012mM,检测限为3nM。该方法可用于实际海水样品中Fe2+的检测。2)聚苯乙烯磺酸钠/褶皱的还原氧化石墨烯复合材料修饰电极伏安法检测海水样品中的微量Zn2+采用电化学沉积方法,在玻碳电极表面制备了聚苯乙烯磺酸钠/褶皱还原氧化石墨烯(PSS/W-rGO)纳米复合材料,并用差分脉冲伏安法测定海水中微量Zn2+。结果表明,在电极表面形成的W-rGO层可以显著促进电子转移,增加电极的比表面积。同时,PSS膜可以有效地提高修饰电极的稳定性,吸附电极表面的阳离子,排斥电极表面的阴离子。Zn2+在电极上经过富集与溶出的过程,从而得到电流信号。在实验优化最佳条件下,该修饰电极对Zn2+响应的线性范围为5720 nM,检测限为1.7 nM(S/N=3),并成功应用于实际海水样品中Zn2+的测定。
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