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线型、树形类功能高分子的电化学研究及应用

骆姣  
【摘要】: 近年来,聚合物/金属(金、银、铂、钯等)纳米复合物引起了人们浓厚的研究兴趣。此类纳米复合物能保持蛋白质等生物分子在固体电极表面的生物活性,对氧化还原蛋白的直接电子传递有着重要的促进作用,在构建化学/电化学传感器、生物电催化、新型功能材料开发等方面展现出诱人的应用前景。本论文在广泛的文献调研工作基础上,基于一代聚酰胺-胺树状高分子(G1 PAMAM)合成了一种新型网状纳米复合物;在碳纳米管修饰的玻碳电极上构筑了第三代辣根过氧化物酶传感器并用于双氧水的高敏检测;并且首次利用压电电化学和现场红外光谱电化学研究了一种线性导电分子——齐聚亚苯基亚乙炔基二胺(1,4-bis(4-aminophenyletynyl)benzene, OPE-NH2)在金电极上的电氧化性质及电聚合机理。主要内容如下: (1)以一代聚酰胺-胺树枝状大分子为分散剂,利用硼氢化钠还原氯金酸制备了粒径均匀、分布规律、性质稳定的纳米簇,考察了反应时间、反应比率、pH、还原剂的量对纳米复合物形成的影响。结果表明:室温下,搅拌一定时间后,氯金酸根离子与聚酰胺-胺形成了稳定络合物,在还原剂的加入下,原位合成纳米金复合物;对比纯纳米金的扫描电镜图,本实验法合成的纳米复合物呈现三维有序网状,且粒径分布更均匀、分散性更好。 (2)利用上述三维网状PAMAM-Au纳米复合物,在羧基化多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上构建了新型辣根过氧化物酶(HRP)修饰电极。PAMAM富含氨基、具有较好的成膜性,且与纳米金形成三维网状复合物,可更多的固载HRP并保持酶的活性。HRP在该修饰电极表面能进行有效和稳定的直接电子转移并对过氧化氢的还原有良好的电催化作用。实验结果表明,在优化条件下,该传感器响应时间短(3 s),灵敏度高(377.78μALmmol-1cm-2),在18μmolL-1到20.80 mmol L-1浓度范围内呈现良好的线性关系(r=0.9992),最低检测限为6.72μmolL-1 (S/N=3),且电极稳定性重现性好、抗干扰能力较强。 (3)结合压电电化学和现场红外光谱电化学技术研究了一种线性导电分子——齐聚亚苯基亚乙炔基二胺(OPE-NH2)的电氧化性质及电聚合机理。研究结果显示,在0.1 mol L-1 LiClO4-乙腈溶液中这种具有π-共轭电子体系的导线分子首先吸附于金电极表面,在0.6 V (vs. SCE)电位下氧化生成阳离子自由基;产生的阳离子自由基通过邻位(N-C)和/或对位(N-N)反应生成共轭程度更高的聚合体;并在更高电位下大量沉积在金电极表面。聚合液的初始浓度和聚合电位对聚合膜的形成有较大影响,随着聚合程度的增加,堆积在电极表面的聚合膜逐渐增厚,更加致密平滑,膜的导电性也逐渐降低。


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