收藏本站
《扬州大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

杯芳烃功能化碳材料电化学传感器的研制与应用研究

郑刚  
【摘要】:杯芳烃作为新一代超分子大环化合物,其独特的分子识别性能引起科研工作者极大的关注,使其在超分子化学、材料化学、生物化学、医学等领域得以广泛应用。本论文将具有超分子识别能力的杯芳烃与石墨烯、碳纳米管等碳纳米材料相结合,同时结合具有优异催化性能的金纳米粒子,设计并制备了多种能够发生协同作用的功能性碳纳米复合材料,实现了碳纳米材料、超分子主体化合物、贵金属纳米粒子的有机结合,并应用于电化学分析检测有机小分子。研究内容主要包含以下五个部分:1.杯芳烃衍生物与石墨烯相互作用的理论研究利用理论计算的方法对两个系列的杯芳烃衍生物进行系统研究。一种系列的结构为4-叔丁基杯[n]芳烃(n=4,6,8),另一种系列是在4-叔丁基杯[n]芳烃(n=4,6,8)的基础上在其下沿进行了酯基链的修饰。运用B3LYP/6-31G(d)密度泛函(DFT)方法计算,得到杯芳烃衍生物的分子几何结构以及电子结构。通过DFT的分析,发现随着杯芳烃衍生物结构内苯环单元数目的增多其分子结构发生有规律的变化,且引起结构变化最主要的因素是由于空间位阻效应。除此以外,还采用分子动力学(MD)的方法衡量了不同杯芳烃衍生物与石墨烯相互作用的强弱。通过MD分析,发现相比于4-叔于基杯[n]芳烃(n=4,6.8),下沿为酯基链的杯芳烃衍生物与石墨烯具有更强的相互作用,随着杯芳烃衍生物分子内苯环单元数逐渐增多,其与石墨烯的相互作用力也相应提高。2.酯化杯[n]芳烃(n=4,6,8)芳经/石墨烯修饰玻碳电极的制备及其对多巴胺的电化学检测在理论计算的指导下,在有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中将酯化杯[n]芳烃(n=4,6,8)(ECnA,n=4,6,8)通过π-π相互作用修饰到石墨烯(GN)表面,形成了二元纳米复合材料,提高了石墨烯在有机溶剂中的分散性与稳定性。通过红外吸收光谱、热重分析、场发射扫描电镜、交流阻抗等表征方法,对ECnA/GN的组成、形貌及电化学性能进行表征。采用循环伏安法和示差脉冲伏安法探究ECnA/GN/GCE修饰电极对多巴胺(DA)分子的检测性能。在低浓度客体分子存在时,修饰电极显示出更好的富集性能。其中,EC8A/GN/GCE显示了最优的电化学特性,其对DA显示出高的检测灵敏度4.46 mA mmol-1L cm-2,宽的检测范围(5×10-7molL-1 到4×10-4molL-1),低的检测限(2×10-7mol L-1)。电化学检测结果显示修饰电极电化学性能随着杯芳烃中苯环单元数的增加而得以改善,同时也验证了理论计算的正确性。3.巯基杯[n]芳烃(n=4,6,8)修饰纳米金的合成及其在石墨烯表面的自组装研究在二元纳米复合材料的研究基础上,开展了三元纳米复合材料的研究。金纳米粒子具有优异的催化性能,为了在石墨烯表面引入金纳米粒子,首先合成巯基杯[n]芳烃(n=4,6,8)(TcnA,n=4,6,8)修饰的纳米金(AuNPs),同时研究了反应物浓度比、温度对金纳米粒子粒径大小和聚集形态的影响。实验发现在TCnA与HAuC14浓度比1:1时,粒子形貌较为均一。然后利用巯基杯[n]芳烃(n=4,6,8)与石墨烯(GN)的相互作用,将金纳米粒子修饰在石墨烯表面,合成出一种TCnA-AuNPs/GN三元纳米复合材料。通过红外吸收光谱、透射电镜、X-射线粉末衍射、X-射线光电子能谱等方法,对其进行了表征,证实了TCnA-AuNPs在GN表面的自组装,形成了三元纳米复合材料。TCnA-AuNPs在GN表面的负载量随着杯芳烃苯环单元数的逐渐增加而相应提高,表明TCnA-AuNPs与GN的相互作用随苯环数的增加而增加,与酯化杯芳烃在GN表面的修饰结果相一致。4.巯基杯[n]芳烃(n=4,6,8)-纳米金/石墨烯修饰电极对多巴胺与对乙酰氨基酚的电化学检测在上一章的基础上以TCnA-AuNPs/GN三元纳米复合材料为电极修饰材料,制备修饰电极并用于检测多巴胺(DA)和对乙酰氨基酚(PCM)。电化学检测结果显示修饰电极电化学性能随着巯基杯芳烃中苯环单元数的增加逐步提升。其中,TC8A-AuNPs/GN显示了最优的电化学特性,其对DA显示出高的检测灵敏度6.08 mA mol-1 L cm-2,低的检测限(l.0×10-7 molL-1);对PCM也显示出较高的检测灵敏度2.94mAmmol-1Lcm-2,低的检测限(8.0×10-7mol L-1)。TCnA-AuNPs/GN/GCE修饰电极性能明显优于第三章中ECnA/GN/GCE修饰电极,表明三元体系之间存在良好的协同作用,金纳米粒子的引入,可有效地促进修饰电极电化学性能的提升。5.巯基杯[8]芳烃/纳米金/√碳纳米管修饰电极对对乙酰氨基酚的电化学检测改变三元复合纳米材料制备方法,采用两步法构筑巯基杯[8]芳烃(TC8A)/电沉积纳米金(AuNPs)/多壁碳纳米管(MWCNTs)的三元复合纳米修饰电极。先在MWCNTs/GCE修饰电极表面原位电沉积金纳米粒子,后将巯基杯[8]芳烃通过自组装的方式修饰到金纳米粒子表面,获得三元复合纳米修饰电极。通过红外吸收光谱、场发射扫描电镜、循环伏安等手段进行了表征。将此修饰电极用于检测对乙酰氨基酚,循环伏安结果显示相比于裸玻碳电极和其他修饰电极,三元纳米复合材料修饰电极显示出较高的电化学响应。其优异的电化学性能归因于多壁碳纳米管与金纳米的催化性能,以及巯基杯[8]芳烃对对乙酰氨基酚的富集作用。三种材料充分展示出各自的特点,发挥出协同作用,使得修饰电极显示出优异的电化学性能。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O657.1

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘世岚,李海兵,钟振林,陈远荫;氧杂同杯芳烃的研究进展[J];有机化学;2004年04期
2 王璐;夏震;;硫桥杯芳烃的研究进展[J];广东化工;2010年08期
3 余孝其;杯芳烃的合成及其在海水提铀研究中的应用[J];自然杂志;1990年05期
4 黄志镗,杨联明;杯芳烃研究进展[J];化学进展;1994年03期
5 邝代治;杯芳烃合成进展[J];衡阳师专学报(自然科学);1996年03期
6 王卉兰;杯芳烃的性质及应用[J];内蒙古石油化工;2005年07期
7 陈轶华;罗虹;;杯芳烃受体的合成及其对氨基酸的识别[J];南华大学学报(自然科学版);2005年S1期
8 张琳;温燕梅;谢建英;;杯芳烃-卟啉化合物及其锌、钯配合物的制备与成膜性能研究[J];分子科学学报;2009年05期
9 张亚洲;刘丽梅;臧树良;陈平;;水溶性含氮杯芳烃的合成[J];石油化工高等学校学报;2013年03期
10 袁立华;陈淑华;赵华明;;杯芳烃—卟啉键连化合物的合成及其紫外—可见光谱特性[J];化学研究与应用;1992年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张春;陈传峰;;基于三蝶烯的新型氧杂杯芳烃的合成[A];中国化学会全国第十三届大环化学暨第五届超分子化学学术讨论会论文选集[C];2006年
2 李正义;马洁洁;陈家文;王乐勇;潘毅;;发烟硝酸氧化得氨基杯芳烃-可能吗?[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年
3 薛敏;陈传峰;;三蝶烯衍生的杂原子桥连杯芳烃的合成与结构[A];中国化学会第27届学术年会第16分会场摘要集[C];2010年
4 李美;文珂;;四氨基氧桥[4]杯芳烃的两种合成方法[A];中国化学会第27届学术年会第16分会场摘要集[C];2010年
5 刘玉娟;王锡森;左景林;游效曾;;新型四核锰杯芳烃化合物的合成、晶体结构及其性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
6 李雄;金焱;龚淑玲;陈远荫;;新杯芳烃分子间桥联试剂:1,4-双(甲苯磺酰氧乙氧基)苯[A];中国化学会第四届有机化学学术会议论文集[C];2005年
7 朱亚峰;刁国旺;谢莉萍;;一种水溶性杯芳烃的伏安性质研究[A];中国化学会第26届学术年会超分子组装与软物质材料分会场论文集[C];2008年
8 孙燕;颜朝国;姚勇;韩莹;沈明;;水体系中间苯二酚杯芳烃微米管的金属化[A];中国化学会第26届学术年会超分子组装与软物质材料分会场论文集[C];2008年
9 孙燕;颜朝国;姚勇;韩莹;沈明;;水体系中间苯二酚杯芳烃微米片的自组装[A];中国化学会第26届学术年会超分子组装与软物质材料分会场论文集[C];2008年
10 刘梅;廖伍平;;金属-杯芳烃的纳米笼的合成与表征[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张芃捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑刚;杯芳烃功能化碳材料电化学传感器的研制与应用研究[D];扬州大学;2017年
2 姚有智;碳纳米复合材料的制备及其在电化学传感器中的应用研究[D];安徽师范大学;2017年
3 易义武;石墨烯/碳纳米管复合粉体的制备及应用研究[D];南昌大学;2017年
4 王艳春;石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备及其分离性能研究[D];南昌大学;2017年
5 朱晓;多孔石墨烯及其复合材料制备锂离子电池负极材料的研究[D];中国石油大学(北京);2016年
6 程文德;基于SVR的碳基及其复合材料的物理性能研究[D];重庆大学;2017年
7 张申力;碳纳米管(石墨烯)/铁氧体复合材料的制备及性能研究[D];北京理工大学;2016年
8 于桂红;金属—三元羧酸/杯芳烃配合物的合成、结构及性质表征[D];吉林大学;2016年
9 黄力华;石墨烯修饰电极强化微生物燃料电池性能研究[D];江南大学;2017年
10 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王小娟;三维石墨烯/金纳米粒子复合材料的制备及其电化学性能研究[D];东南大学;2017年
2 张明飞;卟啉共价修饰碳纳米管及石墨烯体系的构筑及非线性光学性质的研究[D];江南大学;2017年
3 司小奂;石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究[D];西安理工大学;2017年
4 孙星卉;石墨烯和碳纳米管对润滑剂摩擦性能影响[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 盛开;功能化石墨烯修饰电极的构筑及其在药物分析中的应用[D];郑州大学;2017年
6 周文姝;基于石墨烯修饰电极测定环境内分泌干扰物[D];南京师范大学;2014年
7 石传明;碳纳米管和石墨烯增强PEI复合材料的制备与性能研究[D];中国石油大学(北京);2016年
8 邢鑫;新型纳米复合材料修饰电极选择性测定小分子[D];辽宁师范大学;2017年
9 孙美玲;钴酞菁修饰石墨烯复合材料制备及其电催化性能研究[D];辽宁大学;2017年
10 苏丹丹;基于石墨纳米碳材料/溶胶—凝胶复合修饰电极的制备及其对环境激素的检测[D];武汉工程大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026