PtNi纳米粒子的制备及在葡萄糖传感器中的应用

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葡萄糖是生活中常见的化合物,能够快速可靠地分析与检测其含量,在临床医学、生物技术、食品生产、发酵控制等许多领域具有特殊的意义。检测葡萄糖的方法有很多种,但研究开发出具有适用范围广、高灵敏度、高选择性的葡萄糖检测方法具有重要的意义。随着纳米材料的出现,研究学者们开始将更多的精力用在纳米材料与电化学葡萄糖传感器的的结合上,经过长时间的研究发现,无酶葡萄糖传感器具有优良的性能及广阔的前景。本课题通过不同的方法、结构和元素组成合成了不同的Pt基纳米粒子,并研究了所合成的纳米粒子的物理化学性质。通过其修饰的电极构筑了相应的无酶葡萄糖传感器,研究了其电化学性能。实验第一部分,在室温下,通过简单还原法合成了类石子状PtNi合金纳米粒子。它的结构、形貌以及组成等物理化学性质,我们采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线能量色散谱(EDS)进行了表征。构筑了PtNi/GCE纳米粒子电极,采用循环伏安法对葡萄糖进行了检测。实验结果表明:PtNi合金纳米粒子为面心立方结构,同时具有一些表面缺陷。构筑的传感器对葡萄糖具有较高催化能力,在葡萄糖浓度为5x10-4到4x10-2mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限0.35μM,响应时间低于1以及很高的灵敏度40.17μAmM-1cm-2,对抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)和果糖(Fru)具有较强的抗干扰能力等。实验第二部分合成了核壳结构的Au@PtNi合金纳米粒子。检测方法与上一步相同。实验结果表明:与PtNi合金纳米粒子相比,Au@PtNi合金纳米粒子有更大的电化学活性面积,对葡萄糖检测性能更好,检测范围为5x10-4到6x10-2,检出限0.22μM以及很高的灵敏度64.34μAmM-1cm-2,同时具有很强的抗干扰能力。实验第三部分采用与第一步不同的方法合成了PtNi合金纳米粒子。XRD和TEM检测结果表明:PtNi合金纳米粒子依然为面心立方结构,粒子尺寸很小,大约为2.5±1nm。电化学检测结果表明:构筑的PtNi/GCE电极对葡萄糖的催化氧化能力虽不及第一种方法,但仍然具有很高的灵密度11.7μAmM-1cm-2和较低检出限1.21μM,并在葡萄糖浓度为5x10-4到2x10-2范围内具有良好的线性关系关系。实验第四部分为了深入研究同一周期过渡金属对Pt基催化剂的影响合成了PtCo合金纳米粒子,实验结果表明:PtCo合金纳米粒子构造的传感器对葡萄糖的检测性能较好,在5x10-4到6x10-2范围内呈现良好的线性关系,灵密度为3.93μAmM-1cm-2,检出限为36μM。
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