过氧化氢纳米无酶催化体系研究

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电化学无酶过氧化氢传感器是一种基于过氧化氢分子在具有相关催化活性材料的表面能够发生电催化氧化并产生电化学信号,从而达到定性和定量检测的新型电化学生物传感技术。电化学无酶传感器因其具有高的灵敏度、电流响应时间短、良好的选择性以及操作步骤简单等特点,已被广泛的应用于食品检测、药物分析和环境检测等领域。在无酶传感器的构建过程中,能够制备并应用具有催化活性的复合材料成为影响其性能关键性因素。研究结果表明,纳米材料具有极好的生物相容性、独特的物理化学性质以及优良的催化活性,是构建传感器的优良材料。纳米材料在化学工业中是一类重要的功能材料,同时也是发展功能化元件的基础材料。现已被广泛的应用于催化剂、磁性材料以及电化学生物传感器等领域。  本论文中简要概述了电化学传感器的发展与应用,着重评述了无酶传感器的制备以及工作原理,详细介绍了多种纳米材料在电化学无酶传感器方面的应用。采用循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗法(EIS)、计时电流法(IT)等电化学分析技术,采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段详细研究了传感器的检测性能、结构和性质以及形貌特征等。工作内容包括以下几个部分:  (1)基于蚕丝纤维模板ZnO复合纳米管的制备及其催化性能研究。通过以天然桑蚕丝纤维为模板制备了金纳米粒子(AuNPs)功能化的ZnO复合纳米管(AuNPs/ZnO-NTs),并将其修饰于玻碳电极表面,构建了过氧化氢(H2O2)无酶电化学传感器。氧化锌纳米管(ZnO-NTs)是由硝酸锌溶液浸泡过的蚕丝纤维煅烧而成,在煅烧过程中,附着在蚕丝纤维模板上的硝酸锌分解形成ZnO,同时蚕丝纤维除去后留下了中空结构的ZnO-NTs。采用静电吸附法在ZnO-NTs表面自组装AuNPs,形成AuNPs/ZnO-NTs。该复合纳米管对H2O2表现出了很高的催化活性,还原电位为0.05 V,大大降低了其他物质的干扰。催化电流与H2O2浓度在0.001-3.0 mmol/L范围内呈现良好的线性关系(R=0.996),检测限为0.1μmol/L。  (2)基于二氧化锡/石墨烯纳米复合材料的电化学无酶过氧化氢传感器。通过化学一步合成法制备了二氧化锡-氧化石墨烯(SnO2-GO)纳米复合材料,该复合材料对H2O2表现出很高的催化活性。通过透射电子显微镜(TEM)研究了材料的表面形态和结构,通过循环伏安法和计时电流法证实了复合材料对H2O2的催化性能,在0.001-4.0 mmol/L范围与响应电流之间呈线性关系,检测限为0.5μmol/L(S/N=3),此外,制备的无酶传感器表现出良好的稳定性、重现性和抗干扰性。
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