碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究

【摘要】： 碳纳米管有独特的机械、化学和电学特性,这使其成为近十年来的研究热点之一。奇特的电子特性使碳纳米管被修饰在电极表面后,能够促进电化学反应的电子转移。聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子也是近几年科学研究的热点之一。PAMAM是一类高度支化的三维球形结构的大分子,它最显著的特征之一是具有大量数目确定的端基,而端基的性质对分子的物理和化学性质有重要的影响。而且,各种官能团都可以结合到树状分子的表面上,使其具备更多的功能。本文将多壁碳纳米管(MWNT)和PAMAM相结合,研究了它们的光学性质和电化学应用。 一.基于PAMAM/Ag~+复合物和MWNT的电化学DNA生物传感器研究 本文提出并建立了一种新型的DNA电化学传感器。我们利用G4.5 PAMAM内部的氨基与Ag+络合,形成G4.5/Ag+复合物,并将其标记DNA,制成探针。实验中使用紫外可见吸收光谱研究了不同酸度条件下G4.5与Ag+的络合情况,并证明了G4.5/Ag+复合材料成功标记到DNA单链上。该DNA单链与交联在MWNT修饰的GC电极上的DNA互补链进行杂交,把Ag+带到电极表面,并用阳极溶出伏安法(ASV)进行了检测。本实验还讨论了用ASV检测银离子溶出峰的各种实验参数,包括富集时间、富集电位等。实验结果表明该DNA电化学传感器特异性好、灵敏度高,有望应用于生物分析。 二.基于PAMAM/MWNT修饰电极用于电化学检测亚硝酸酸盐 本文提出并建立了一种简单、可靠的基于PAMAM修饰MWNT的方法来电化学测定亚硝酸盐。PAMAM树状分子表面带有大量官能团,本文以氨基端的PAMAM(4代,G4)共价结合于MWNT修饰的玻碳(GC)电极上并用于亚硝酸盐的电化学检测。研究显示修饰了G4/MWNT后的电极对亚硝酸盐的电化学活性显著增强。我们讨论了各种实验条件的选择,如:PAMAM代数的选择、底液的选择、加入偶联剂EDC的影响等。计时电流法显示该安培响应是快速而稳定的,线性范围为5μM ~ 1.5μM。本方法可用于对实际样品中亚硝酸盐含量的持续监测。G4/MWNT纳米材料的电化学性质为电化学传感器和生物传感器的发展提供了一个纳米结构平台,在这些方面具有广阔的应用前景。 三.PAMAM/金属复合物、PAMAM/MWNT的荧光谱学研究 本文使用了三种不同代数的PAMAM(G2、G4、G4.5)与金属离子及MWNT生成复合物并研究了PAMAM及其复合物在不同pH、络合配比、浓度等条件下的的荧光性质。实验中发现G4和G4.5浓度较小时与金属离子及MWNT结合后荧光发生淬灭,浓度较大时生成复合物后的荧光增强,G2不论浓度大小均发生淬灭。此规律不随络合物变化而改变,应为PAMAM本身的性质,同时我们尝试对产生这一现象的机理进行了解释,认为荧光增强现象可能是由金属离子及MWNT对PAMAM的氨基进行了催化氧化所引起的。