石墨烯基复合物修饰电极的制备及其在电分析化学中的应用

【摘要】：本博士学位论文以石墨烯基复合材料修饰电极为研究手段,将其应用于几种生物分子的电化学行为研究,在此基础上建立了相关生物分子的电化学分析方法。研究内容包括：首先通过电聚合法和液相还原法制备了Pt/石墨烯、聚精氨酸/石墨烯、Cu2O/石墨烯、CuS/石墨烯四种石墨烯基复合纳米材料并将其修饰于电极表面；用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)等分析手段对这些材料和相应的修饰电极进行表征；用所制备的修饰电极对多巴胺等数种生物分子进行了必要的电极行为、系统的分析条件、实际样品的分析验证和干扰试验等研究。简述如下： 1.采用微波辅助法快速合成Pt/石墨烯纳米复合物,并用XRD, TEM和XPS对其进行表征。结果表明Pt纳米颗粒均匀的分散在石墨烯表面,其平均粒径为3.2nm。循环伏安实验的结果表明：Pt/石墨烯复合物修饰的玻碳电极对H2O2具有很好的电催化活性。安培测量结果表明Pt/石墨烯修饰电极对H2O2响应迅速,在4s内达到稳态,线性范围是2.5×10-6-6.65×10-mol·L-1,检测限为8×10-7mol·L-1。另外,在生理pH条件下,在多种干扰物质存在的情况下,该修饰电极对H2O2具有非常好的选择性。 2.采用简单的一步电化学方法成功制备聚精氨酸/石墨烯复合膜修饰电极并将其用于尿酸、黄嘌呤和次黄嘌呤的同时检测。结果表明：该修饰电极对这三种物质具有很好的电催化活性。通过差示脉冲伏安实验得到尿酸、黄嘌呤和次黄嘌呤在聚精氨酸/石墨烯复合膜修饰电极上的线性范围分别为1.0×10-7-1.0×10-5mol·L-1,1.0×10-7-1.0×10-5mol·L-1和2.0×10-7-2.0×10-5mol·L-1,检测限分别为5×10-8mol·L-1,5×10-8mol·L-1和1×10-7mol·L-1(S/N=3)。此外,该修饰电极还具有良好的选择性和灵敏度,在同时测定尿样中尿酸、黄嘌呤和次黄嘌呤的实验中取得了满意的结果。 3.通过乙二醇还原法制备氧化亚铜(Cu2O)和石墨烯的纳米复合材料,样品的形貌用XRD, XPS, TEM和SEM表征。采用循环伏安法评价Cu2O/石墨烯修饰电极对多巴胺的电化学性能。结果表明：与裸玻碳电极、Cu2O修饰电极和石墨烯修饰电极相比,Cu2O/石墨烯修饰电极对多巴胺具有很高的电催化活性,其检测限为1×10-8mol·L-1,线性范围是1.0×10-7-1.0×10-5mol·L-1,并且在伴有高浓度尿酸的情况下对多巴胺具有极好的选择性和灵敏性,在多巴胺实际样品的检测中也具有很好的结果。 4.采用乙二醇还原法制备硫化铜(CuS)和石墨烯的纳米复合材料并将其用于检测七叶亭。结果表明,CuS/石墨烯修饰电极对七叶亭具有优异的电化学催化活性,在优化的实验条件下,该修饰电极可以实现七叶亭灵敏、简便和快速的检测并拥有较宽的线性范围及较低的检测限。