【摘 要】
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金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)、共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)共同作为一类新型有机多孔聚合物,具有比表面积大、孔隙度高、易官能团化等优点。近些年来,MOFs和COFs在多个领域表现出很好的应用前景。但单一的MOFs和COFs本身存在的导电性差、催化性能弱等缺点,限制了其在电化学传感领域的应用。在此背景下,
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金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)、共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs)共同作为一类新型有机多孔聚合物,具有比表面积大、孔隙度高、易官能团化等优点。近些年来,MOFs和COFs在多个领域表现出很好的应用前景。但单一的MOFs和COFs本身存在的导电性差、催化性能弱等缺点,限制了其在电化学传感领域的应用。在此背景下,基于MOFs或COFs的核壳型材料,由于其独特的拓扑结构、出色的化学性质等,吸引了众多MOFs和COFs研究者的研究兴趣。本论文从提高MOFs或COFs的导电性和催化性能出发,设计合成核壳型MOFs或COFs复合材料,并将其用于构建电化学传感器。论文的主要内容如下:1、Fe3O4@MIL-100(Fe)核壳型复合材料修饰电极测定绿原酸在本项工作中,利用层层组装的方法成功合成了一种以Fe3O4为核、MIL-100(Fe)为壳的核壳型复合材料。用透射电子显微镜(TEM)、粉末X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)以及氮气吸附/脱附等温线等仪器对所制备的材料进行表征。随后,将Fe3O4@MIL-100(Fe)首次用于构建电化学传感器检测绿原酸分子。在优化条件下,绿原酸浓度范围为0.1-10.0 μmol L-1和10.0-460 μmol L-1时,该电化学传感器可以定量检测绿原酸,检出限为0.05 μmol L-1。在进行干扰性实验之后,证明该电化学传感器可进一步用于检测实际样品中的绿原酸。2、PMeTh核壳型复合材料修饰电极测定左旋多巴卟啉类金属有机框架(porph-MOFs)由于其次级结构单元存在氧化还原活性,越来越受到研究者们的关注。这项工作合成了一种类似于海参形貌的新型核壳结构杂化材料,命名为PMeTh。在原位氧化化学聚合的作用下,聚(3-甲基噻吩)可以成功包裹在PCN-222(Fe)的表面上。多孔PCN-222(Fe)可以提供大量的电催化位点,而聚(3-甲基噻吩)导电聚合物可以促进电荷转移到氧化还原活性位点。研究表明,所制备的PMeTh复合物对左旋多巴的检测具有很好的电化学响应。在一系列的条件优化后,由PMeTh所制备的电化学传感器在左旋多巴浓度为0.05-7.0μmol L-1和7.0-100 μmol L-1时,呈现良好的线性关系,灵敏度分别为1.868μA μM-1 cm-2和0.778 μA μM-1 cm-2。此外,所制备的左旋多巴传感器的检出限为2 nmol L-1。在含有10μmol L-1左旋多巴的缓冲液中循环120次以后,该传感器依旧显示出很好的稳定性。我们通过对人体尿液样品进行加标回收实验,回收率为97.0-105.5%,相对标准偏差RSD值低于4.4%,证明了所制备的左旋多巴传感器具有很好的实用性。将porph-MOFs和导电聚合物结合的方法,可以有效拓展porph-MOFs在电分析领域的应用。3、Co3O4@TAPB-DMTP-COF核壳型复合材料修饰电极检测叔丁基对苯二酚本项工作以Co3O4为核,TAPB-DMTP-COF为壳,用单体引发原位生长的合成方法,合成Co3O4@TAPB-DMTP-COF核壳型复合材料。所制备的核壳型复合材料具有大小均一、孔径一致、比表面积大、有效面积大等优点。此外,研究表明,由Co3O4@TAPB-DMTP-COF所制备的传感器能够灵敏地、选择性地检测叔丁基对苯二酚(TBHQ)。在最佳实验条件下,传感器检测TBHQ时表现出两段线性动态范围(0.05-1.0 μmol L-1 和 1.0-400 μmol L-1),检出限低为 0.02 μmol L-1。在第一段线性范围内,灵敏度高达0.4388μA μM-1 cm-2。此外,对食用油中TBHQ的含量进行加标回收实验,证明本项工作所制备的传感器可以用于实际样品中TBHQ的检测。
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