论文部分内容阅读
纳米多孔材料含有大量封闭或连通的孔洞,具有高的比表面积和丰富的孔径通道。纳米多级孔材料则是不同孔径孔材料的复合,不仅具有单一多孔的优点,同时又克服了单一孔径的局限性,使其应用范围更加广泛。纳米多级孔材料的制备方法较多,主要有硬模板法、软模板法和生物模板法。生物模板法以广泛存在于大自然中的生物材料为模板,利用生物材料本身独特的多级空间结构,制备各种具有多级孔结构和特殊形貌的纳米材料。纳米多级孔材料因其独特的性质在电化学传感器中有较多应用。在电化学酶传感器中,纳米多级孔材料因其具有良好的稳定性、生物相容性以及大的比表面积等特点,常被用来负载酶。它能在保持酶活性的同时,将大量的酶分子直接吸附固定到电极表面,使酶氧化还原活性中心直接与电极进行电子传递,解决酶与电极间的低效率通讯问题。在电化学非酶传感器中,多级孔材料多被用来负载活性物质,大的比表面积可以有效提高活性物质负载量,丰富的多孔通道可以促进底物和活性物质的直接接触,提高活性物质的有效利用率,很好的提高传感器的催化传感性能。在本论文中,我们利用生物模板法成功制备了具有多级大孔、介孔结构的锐钛矿型TiO2纳米材料,并将其与贵金属Pt及Au纳米颗粒结合,分别用于电化学酶传感器和非酶传感器,取得了很好的检测效果。具体内容如下：1.以玫瑰花瓣和三嵌段共聚物P123为模板,钛酸四丁酯为钛前驱体,利用双模板法,通过提拉、干燥、热固和退火,成功合成了具有多级孔结构的Ti02纳米材料。该TiO2纳米材料具有高度有序的大孔、介孔结构以及很高的比表面积。通过滴涂法以及电沉积法分别将TiO2纳米材料和Pt纳米颗粒成功的修饰到了电极表面,清洗后又将其置于辣根过氧化氢酶(HRP)溶液中培养12个小时,得到了HRP/Pt/TiO2/GCE修饰电极。高比表面积的TiO2能大大提高HRP的附着量,Pt纳米颗粒的修饰又极大的提高了电极的导电性能。在对该修饰电极进行一系列电化学表征后,研究了其对H2O2的催化能力,最终得到了较好的线性范围(5-8000μmolL-1)和较低的检出限(1.65μ mol L-1),说明基于HRP/Pt/TiO2/GCE修饰电极的酶传感器对H2O2具有很好的催化传感性能。2.将制备的多级孔结构TiO2纳米材料分散在去离子水中,以氯金酸为前驱体,NaBH4为还原剂,柠檬酸钠为稳定剂,在Ti02表面成功负载了Au纳米颗粒,得到了Au@TiO2纳米复合材料。通过滴涂法,将该复合材料负载在GCE表面,并用Nafion成膜固定,得到了Nafion/Au@TiO2/GCE修饰电极。利用Au纳米颗粒的催化性,将该修饰电极用于非酶传感器研究。多级孔结构TiO2的高比表面积可以增加Au纳米颗粒的附载量；同时,大量孔结构能有效抑制Au纳米颗粒的团聚,获得小尺寸Au颗粒,不仅可以增强复合材料的导电性,更可以提高其对H2O2的催化能力。Nafion/Au@TiO2/GCE的电化学性能显示该复合材料对H2O2有很好的催化效果,所制得的Nafion/Au@TiO2/GCE传感器的线性范围是0.01-12.96 m mol L-1,检出限为5.8 μ mol L-1,同时又具有良好的稳定性和抗干扰能力。