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《江南大学》 2017年
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铜碳复合纳米纤维的制备及其在对苯二酚生物传感器中的研究

杨洁  
【摘要】:污水中所含对苯二酚因其危害极大而引起广泛关注,对污水中对苯二酚的监测具有重大意义。生物传感器因其灵敏度高、简便易携便于在线监测、响应快等优势被应用于对苯二酚的监测中。寻找新型先进的材料是生物传感器发展的一个重点研究领域。近年来,由不同化学组分组成的纳米结构材料颇受重视,它们的制备、属性和应用都引起了大家很大的兴趣。本文以铜碳复合纳米材料为载体制备了三种新型复合纳米材料,并将其应用于漆酶生物传感器以检测污水中的对苯二酚。具体研究内容如下:(1)通过静电纺丝、碳化和溶剂热的方法得到了负载TiO_2的铜碳复合纳米纤维,并在此基础上与漆酶、Nafion(一种全氟磺酸阳离子交换剂)、一起制备了一个新的生物传感器。TiO_2的引入显著提高了对苯二酚生物传感器的电催化性能。此外,该生物传感器的循环伏安图显示出了一对良好的氧化还原峰,表明该电化学行为是一个表面控制过程。通过计时电流法测试,得知该生物传感器具有高选择性、良好的重复性和稳定性,其线性范围为1–89.9μM,检测限为3.65μM(S/N=3),灵敏度为24.6μA/mM。(2)通过静电纺丝、碳化和溶剂热的方法在CuCNFs复合纳米纤维上修饰掺杂了Ag的TiO_2纳米粒子(Ag-TiO_2),制备得到一种新型纳米材料。采用了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和交流阻抗(EIS)对其组分进行了表征。通过循环伏安法(CV)和计时安培法对该复合材料与漆酶、Nafion混合制得的对苯二酚生物传感器的电化学行为进行了表征,结果显示该生物传感器具有较宽的线性范围(1.20–176.50μM)、较好的选择性、重复性、重现性和储存稳定性。(3)采用简单高效的方法制备得到PANI/CuCNFs并将其应用于检测对苯二酚的漆酶生物传感器。采用SEM、TEM、XRD和FTIR对制备的复合纳米材料的表面形貌和组成成分进行了表征分析,使用EIS和CV对构筑的生物传感器进行了电化学研究分析。结果显示该生物传感器具有高选择性、重现性、重复性、灵敏度(41.65μA/mM)和低检测限(2.37μM),其线性范围为500nM到110μM。
【关键词】:静电纺丝 对苯二酚 生物传感器 复合纳米纤维
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212.3;TQ342.8;TB383.1
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第一章 绪论8-17
  • 1.1 研究背景与意义8-9
  • 1.1.1 对苯二酚简介8
  • 1.1.2 对苯二酚的检测方法8-9
  • 1.2 生物传感器9-11
  • 1.2.1 生物传感器简介9-10
  • 1.2.2 酶生物传感器的发展历程10-11
  • 1.3 纳米材料在酶生物传感器中的应用11-13
  • 1.4 漆酶生物传感器在对苯二酚检测领域的研究现状13-14
  • 1.5 本课题的研究目的和内容14-17
  • 1.5.1 研究目的14-15
  • 1.5.2 研究内容15-17
  • 第二章 TiO_2/CuCNFs的漆酶生物传感器的制备及应用17-30
  • 2.1 引言17
  • 2.2 实验部分17-20
  • 2.2.1 实验原料及仪器17-19
  • 2.2.2 TiO_2/CuCNFs的制备19
  • 2.2.3 生物传感器的制备19
  • 2.2.4 样品表征及测试19-20
  • 2.3 结果与讨论20-29
  • 2.3.1 CuCNFs和TiO_2/CuCNFs的形貌结构表征20-22
  • 2.3.2 TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的电化学表征22-24
  • 2.3.3 Nafion-TiO_2/CuCNFs-Lac-GCE的电催化性能24-26
  • 2.3.4 实验条件的优化26
  • 2.3.5 TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的计时电流测试26-27
  • 2.3.6 TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的选择性、稳定性及重现性27-29
  • 2.4 本章小结29-30
  • 第三章 Ag-TiO_2/CuCNFs的漆酶生物传感器的制备及应用30-41
  • 3.1 引言30
  • 3.2 实验部分30-32
  • 3.2.1 实验原料及仪器30-31
  • 3.2.2 Ag-TiO_2/CuCNFs的制备31-32
  • 3.2.3 生物传感器的制备32
  • 3.2.4 样品表征与测试32
  • 3.3 结果与讨论32-40
  • 3.3.1 CuCNFs和Ag-Ti O_2/CuCNFs的形貌结构表征32-34
  • 3.3.2 Ag-TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的电化学表征34-36
  • 3.3.3 Ag-TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的电催化性能36-37
  • 3.3.4 实验条件的优化37-38
  • 3.3.5 Ag-TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的计时电流测试38
  • 3.3.6 Ag-TiO_2/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的选择性、稳定性及重现性38-40
  • 3.3.7 实际水样检测分析40
  • 3.4 本章小结40-41
  • 第四章 PANI/CuCNFs的漆酶生物传感器的制备及应用41-52
  • 4.1 引言41
  • 4.2 实验部分41-43
  • 4.2.1 实验原料及仪器41-42
  • 4.2.2 PANI/CuCNFs的制备42-43
  • 4.2.3 生物传感器的制备43
  • 4.2.4 样品表征与测试43
  • 4.3 结果与讨论43-50
  • 4.3.1 CuCNFs和PANI/CuCNFs的形貌结构表征43-45
  • 4.3.2 PANI/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的电化学表征45-46
  • 4.3.3 PANI/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的电催化性能46-47
  • 4.3.4 实验条件的优化47-48
  • 4.3.5 PANI/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的计时电流测试48
  • 4.3.6 PANI/CuCNFs-Lac-Nafion-GCE的选择性、重复性、重现性及稳定性48-50
  • 4.3.7 实际水样检测分析50
  • 4.4 本章小结50-52
  • 第五章 结论与展望52-54
  • 5.1 主要结论52-53
  • 5.2 展望53-54
  • 致谢54-55
  • 参考文献55-61
  • 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文61

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