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《武汉大学》 2004年
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碳纳米管化学修饰电极的制备、表征及分析应用研究

吴康兵  
【摘要】:碳纳米管是由片层的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体,圆柱体两端各有一个由半个富勒烯球体分子形成的帽子,它的直径可以从几个埃到几十纳米,而长度却可达到几个毫米。碳纳米管可分为由一层石墨组成的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube,SWNT)和由多层石墨组成的多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube,MWNT)两种。自1991年Iijima首次发现以来,碳纳米管由于具有奇特的结构、电学、机械、电化学性能以及在材料领域的巨大潜力而受到世界的广泛关注,开辟了材料科学和纳米技术的一个新时代。目前,碳纳米管已经广泛地应用于物理、化学、能源、材料等众多领域。 任何事物都有它的两面性,碳纳米管也不例外。它虽然具有上述种种优点,但由于碳纳米管的巨大分子量导致了其不可溶解性,这极大地制约了它在制备电化学传感器方面的应用。碳纳米管电化学传感器(或者碳纳米管化学修饰电极)的制备是一项极富挑战性的研究课题,对拓宽碳纳米管的应用范围,丰富化学修饰电极的制备途径具有深远的意义。 本论文以碳纳米管为修饰材料,探索新颖的碳纳米管分散体系和成膜技术,研究和制备出几类新型的碳纳米管膜修饰电极。这不仅大大拓展了碳纳米管的应用范围,而且丰富和发展了电化学分析的内容、技术和理论。结合各种表征手段,对所制备的碳纳米管膜修饰电极进行了较全面的表征,并重点开展了所制备的碳纳米管膜修饰电极在电分析化学中的应用基础研究。本论文的研究内容主要包括: 第一部分:多壁碳纳米管—Nafion复合膜修饰电极的研究 选择Nafion作为多壁碳纳米管(MWNT)的分散剂,将多壁碳纳米管有效地分散在Nafion-无水乙醇中,该MWNT—Nafion分散液性质稳定,通过溶剂挥发制备出MWNT-Nafion复合膜修饰电极。用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、反射红外光谱技术、以及电化学技术对该化学修饰电极进行了表征。实验发现,MWNT—Nafion膜修饰电极对多巴胺的电化学氧化还原具有明显的催化特性和抗干扰能力,它不仅可以提高多巴胺的氧化还原峰电流,而且降低了多巴胺的氧化还原过电位,同 时实现了在高浓度抗坏血酸和尿酸存在下多巴胺的选择性测定。 第二部分:碳纳米管一表面活性剂复合膜修饰电极的研究 表面活性剂在电化学和电分析化学中已得到十分广泛的应用。我们选 用了一种双C一H疏水链的表面活性剂(双十六烷基磷酸,DHP)作为碳纳 米管的特效分散剂,成功地将碳纳米管分散在水中。此分散体系十分稳定、 碳纳米管含量高(可达到lmg/mL),而且在电极表面具有成膜均匀、稳定、 重现性好的特点。 (l)用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学交 流阻技术以及循环伏安法对MWNT一DHP膜进行了表征。 (2)利用多壁碳纳米管的结构特性(如中空结构、大的比表面、拓扑 缺陷以及强的吸附能力等),结合I一对铅、福离子的诱导吸附作用,开发出 一种高灵敏度同时测定水体中铅、福离子的碳纳米管修饰电极及检测体系。 该方法具有灵敏度高、分析速度快、成本低、重现性好等优点,并成功应 用于环境水样中铅、隔离子的测定,测定结果与原子吸收测定的结果相一 致。 (3)多巴胺(DA)和5一轻色胺(5一HT)是两种十分重要的神经递质, 在常规固体电极上由于它们的电化学性质相似,氧化峰相互重叠,通常很 难实现二者的同时测定。而且抗坏血酸也产生严重的干扰,三者的氧化峰 重叠在一起,形成一个大的氧化峰包。但在MWNT一DHP膜修饰玻碳电极 上,DA和5一HT分别在0.18V和0,36V出现两个相互间无干扰、灵敏度 高的氧化峰(峰电位之差达180 mV)。与裸玻碳和DHP膜修饰玻碳电极相 比,MwNT一DHP膜修饰电极对DA和5一HT的氧化表现出明显的催化活 性,为DA和5一HT的氧化提供了较多的反应位点,加速了它们的电子交 换速度,显著提高了氧化电流、降低了氧化过电位。进一步研究指出,高 浓度的抗坏血酸和尿酸不干扰DA和5一HT的电化学响应。 (4)详细考察了DNA以及鸟嚓吟(G)和腺嗓吟(A)在MWNT一 DHP膜电极上的电化学行为,发现MWNT一DHP膜对G和A的氧化表现 出催化特性,它不但显著提高了G和A的氧化峰电流,而且还降低了它们 的氧化过电位。在此基础上,用计时电量法比较了G和A在裸玻碳电极、 DHP膜电极以及MWNT一DHP膜电极上的吸附量,发现G和A在MWNT 一DHP膜上的吸附量比其它两种电极提高近一个数量级,正是吸附量的提 高导致了G和A在MWNT膜上氧化峰电流的显著增加。 通过对G和A测定条件的优化,建立了一种同时测定G和A的电分 析方法,并成功用于双链小牛胸腺DNA中G和A含量的测定,进而得到 (G+C)/(A+T)的比值,其结果与理论值很好吻合。 (5)为了进一步考察此修饰电极在电分析中的应用,研究了植物生长 激素一叫噪乙酸在此修饰电极上的电化学行为,制备出叫噪乙酸电化学传 感器,并成功用于植物中叫垛乙酸的测定。 (6)分别研究了甲状腺素和氯霉素在多壁碳纳米管膜修饰电极上的电 化学行为,实验发现MWNT膜显著提高了测定甲状腺素和氯霉素的灵敏 度。通过实验条件的优化,建立了两种新的测定甲状腺素和氯
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O657.1

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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10 冯辉;孙元喜;周谷珍;;聚荧光素薄膜修饰电极对去甲肾上腺素的电催化作用[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
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3 王全杰;王延青;;碳纳米管的研究进展[A];2010年全国皮革化学品会议论文集[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 丁兆勇;火焰法合成碳纳米管及合成机理研究[D];华北电力大学(北京);2011年
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10 张恩磊;碳及碳化硅低维纳米材料的制备与表征[D];湖南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 吴玄;自组装双酚A分子印迹电化学传感器研究[D];大连理工大学;2011年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王秀芳;高比表面积活性炭的制备、表征及应用[D];华南理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁理平;纳米金修饰电极在生物电化学中的应用[D];安徽大学;2001年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘英男;基于多点频谱法的动力电池一致性研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
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【相似文献】
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2 麦智彬;谭学才;邹小勇;;基于碳纳米管的化学修饰电极及电化学生物传感器的研究进展[J];分析测试学报;2006年03期
3 赵阁,刘快之,张彭湃,郭新勇,张治军;碳纳米管修饰电极差示脉冲阳极溶出伏安法测定腺嘌呤[J];化学研究;2003年02期
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4 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
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6 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
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9 张文毓;;碳纳米管及其应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 吕建伟;王万录;廖克俊;万步勇;张毅;;形变引发碳纳米管膜电阻变化的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 黄绍平;碳纳米管实用的路还远吗?[N];中国电子报;2001年
6 记者 谢昭萍 特约记者 肖萍;我国碳纳米管截短技术获得突破[N];中国化工报;2004年
7 记者 薛冬 通讯员 谭少容;我国率先实现碳纳米管产业化[N];光明日报;2001年
8 本报记者 薛冬 通讯员 谭少容;碳纳米管身价何以远高于黄金[N];光明日报;2001年
9 黄中;碳纳米管及其应用[N];中国知识产权报;2001年
10 冯卫东;数百米超长碳纳米管面世[N];科技日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
5 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
6 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
7 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
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9 王蜜;聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能[D];东北林业大学;2010年
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