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《武汉科技大学》 2016年
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二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备及电化学传感性能研究

刘珊  
【摘要】:发展高灵敏和高选择性的电化学传感器已成为当前的研究热点,近年来纳米材料和技术的迅速发展为高性能电化学传感器的研究提供了新途径。二氧化钛纳米管阵列(TiO_2 NTAs)具有规整的纳米结构、高的比表面积、良好的化学稳定性和生物相容性,是发展纳米结构电化学传感器理想的基底材料。本论文以TiO_2NTAs为模板,通过纳米碳材料的负载,制备了碳包裹的TiO_2 NTAs(TiO_2@C NTAs),发展高灵敏的多巴胺传感器。进一步在TiO_2@C NTAs上负载铜、镍纳米颗粒,制备了具有高灵敏度和高选择性的葡萄糖传感器,主要研究内容包括:(1)通过阳极氧化法制备TiO_2 NTAs,管径约为80 nm,管长3-5μm。再通过葡萄糖水热制备TiO_2@C NTAs,该电极在铁氰化钾中呈现近似可逆的伏安行为,能够应用于一些生物小分子如多巴胺(DA)、抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)的检测,采用差分脉冲伏安法(DPV)测定DA的线性范围是1-100μM,在AA、UA共存下均不会受到干扰。(2)以TiO_2@C NTAs为模板,通过水热法负载铜纳米粒子(Cu NPs),实现了对葡萄糖的高灵敏度和高选择性测定,在0.1 M NaOH,外加电位为0.5 V(vs.Ag/AgCl)时,该电极对葡萄糖响应的灵敏度达1157μA·mM-1·cm-2,线性范围为1-2467μM,检测限低至0.17μM(S/N=3),该电极对葡萄糖的测定具有良好的重现性,相对标准偏差(RSD)(n=10)仅3.3%。将该电极应用于人体血清中葡萄糖的检测,加标回收率为98-106%,表明该传感器具有良好的可靠性。(3)通过水热法将镍纳米颗粒(Ni NPs)负载到TiO_2@C NTAs,研究了其动力学控制机理,该电极对葡萄糖的氧化过程为表面吸附,在0.2 M NaOH中,外加电位为0.55 V(vs.Ag/AgCl)时,该电极对葡萄糖响应的灵敏度为182.72μA·mM-1·cm-2,线性范围为11-4986μM,检测限为13.4μM(S/N=3),该电极对葡萄糖的测定具有较好的重现性,相对标准偏差(RSD)(n=10)为6.83%,人体血清中共存的生物分子如UA、AA均不会对其造成干扰。
【关键词】:电化学传感器 葡萄糖传感器 多巴胺 二氧化钛纳米管阵列 纳米碳材料
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O657.1
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第一章 文献综述9-22
  • 1.1 生物传感器9
  • 1.1.1 生物传感器的组成9
  • 1.1.2 生物传感器的分类9
  • 1.1.3 电化学生物传感器9
  • 1.2 纳米材料在电化学生物传感器中的应用9-15
  • 1.2.1 纳米粒子10-11
  • 1.2.2 纳米阵列11-13
  • 1.2.3 特殊复合结构的纳米材料13-15
  • 1.3 电化学生物传感器的应用15-21
  • 1.3.1 葡萄糖传感器15-18
  • 1.3.2 多巴胺传感器18-20
  • 1.3.3 H_2O_2传感器20-21
  • 1.4 本文选题背景和主要研究内容21-22
  • 1.4.1 选题背景21
  • 1.4.2 研究内容21-22
  • 第二章 TiO_2@C NTAs的多巴胺传感性能研究22-34
  • 2.1 引言22
  • 2.2 实验试剂及仪器22-24
  • 2.3 TiO_2@C NTAs的制备及表征24-27
  • 2.3.1 TiO_2@C NTAs的制备24-25
  • 2.3.2 TiO_2@C NTAs的表征25-27
  • 2.4 TiO_2@C NTAs的多巴胺传感性能研究27-33
  • 2.5 本章小结33-34
  • 第三章 Cu NPs/TiO_2@C NTAs的葡萄糖传感性能研究34-51
  • 3.1 引言34-35
  • 3.2 实验试剂及仪器35-36
  • 3.3 Cu/ TiO_2@C NTAs的制备及表征36-42
  • 3.3.1 Cu/TiO_2@C NTAs的制备36-37
  • 3.3.2 Cu/TiO_2@C NTAs的表征37-42
  • 3.4 Cu/TiO_2@C NTAs葡萄糖传感性能的测试42-50
  • 3.5 本章小结50-51
  • 第四章 Ni NPs/TiO_2@C NTAs的葡萄糖传感性能的研究51-63
  • 4.1 引言51
  • 4.2 实验试剂与仪器51-52
  • 4.3 Ni/TiO_2@C NTAs的制备及表征52-54
  • 4.3.1 Ni/TiO_2@C NTAs复合材料的制备52
  • 4.3.2 Ni/TiO_2@C NTAs复合材料的表征52-54
  • 4.4 Ni/TiO_2@C NTAs葡萄糖电催化氧化性能研究54-62
  • 4.5 本章小结62-63
  • 第五章 结论与展望63-65
  • 5.1 结论63-64
  • 5.2 展望64-65
  • 致谢65-66
  • 参考文献66-76
  • 附录1 作者攻读硕士学位期间发表的论文76-77
  • 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目77

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