基于N-乙烯基己内酰胺聚合物的温敏电化学传感器研究

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近年来,随着对各种复合材料的深入研究,电化学传感器得到了进一步发展。单一材料越来越不能满足科研要求,具有各种特性的材料通过混合从而表现出协同作用使电化学传感器具有更为优良的性质。温敏聚合物指的是一类溶解性随温度的变化而变化的“智能”型聚合物,纳米材料由于其独特的小尺寸、表面、量子尺寸等效应往往具有优良的电子传递和电催化功能。在本文中,我们制备了温敏聚合物/纳米复合材料,再修饰于电极上形成具有优良的电化学催化效能的温度响应型传感器。反复改变外界环境的温度便能实现对传感器的智能调控,即形成可逆的“开-关”效应,从而开辟电化学研究领域的一个新的方向。本论文的主要工作内容如下:(1)用可逆加成-断裂转移(RAFT)法合成了温敏聚合物聚苯乙烯-聚N-乙烯基己内酰胺-聚苯乙烯(PS-PNVCL-PS),将其与MWCNTs-COOH超声混合,滴涂在玻碳电极上得到(PS-PNVCL-PS)/MWCNTs-COOH/GCE检测对乙酰氨基苯酚(4-Acetamino phenol,AP)。以(PS-PNVCL-PS)的LCST 49℃为界,当外界溶液温度高于49℃时,AP在(PS-PNVCL-PS)/MWCNTs-COOH/GCE上的电化学响应特别强烈,当外界溶液温度低于49℃时,电化学响应较微弱。反复改变溶液温度,AP的峰电流衰减很小,证明此复合膜修饰的玻碳电极对AP的检测具有可逆“开-关”效应。并且在高温“开”的状态时,当S/N=3,AP浓度的检出限为0.068μmol/L,线性范围为0.4~78.8μmol/L和78.8~142.8μmol/L。(2)用沉淀聚合法合成了温敏共聚物聚(N-乙烯基己内酰胺-co-N-乙烯基咪唑)(P(NVCL-co-NVI)),与混酸处理的石墨化多壁碳纳米管(GMWCNTs-COOH)复合,制备了具有温度响应特性的P(NVCL-co-NVI)/GMWCNTs复合膜,修饰玻碳电极用于检测对苯二酚(Hydroquinone,HQ)。P(NVCL-co-NVI)的LCST为36℃,因而此复合膜修饰电极反复在20℃下和48℃下检测HQ具有显著的“开-关”效应。在“开”的状态下,HQ的检出限为0.34μmol/L,并在1.6~9.6μmol/L和9.6~555.6μmol/L范围内与电流有良好的线性关系。(3)用自由基聚合的方法合成了温敏共聚物聚(N-乙烯基己内酰胺-co-甲基丙烯酸(P(NVCL-co-MAA)),结合纳米金(AuNPs)修饰玻碳电极检测肾上腺素(Epinephrine,EP)。P(NVCL-co-MAA)的LCST为40℃,所以用此复合膜修饰电极反复在20℃和48℃下检测EP有“开-关”效应。在高温时,EP浓度的检测线性范围较宽,为1.6~505.2μmol/L,检出限较低,为0.56μmol/L。
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