基于三維石墨烯電極的無酶電化學傳感器制備及應用研究.pdf

1、電化學傳感器因具有選擇性好、靈敏度高、操作簡單、成本低、分析速度快、易于微型化等優(yōu)點，在環(huán)境監(jiān)測、臨床診斷、食品和醫(yī)藥工業(yè)等領域具有極其重要的應用價值。電極材料及其結構對實現(xiàn)靈敏、穩(wěn)定的電化學檢測至關重要。石墨烯(graphene)是由sp2雜化碳原子緊密堆積成的二維(two-dimensional,2D)單層片狀碳質材料，由于導電性好、比表面積高等優(yōu)點，而廣受關注，被用作電極材料應用在電化學器件中，例如超級電容器、充放電鋰離子電池、鋰

2、-氧氣電池、燃料電池及電化學傳感器。除二維石墨烯外，以泡沫鎳為模板，通過化學氣相沉積法(CVD)可以制備出具有大尺度、高質量的三維石墨烯(3D-G)材料。這種三維石墨烯材料完美的復制了泡沫鎳的孔道貫穿結構。與傳統(tǒng)的二維平面電極相比，這種3D石墨烯材料制備的三維石墨烯電極具有更大的表面積，快速的傳質能力和低的電荷轉移阻力等優(yōu)點?；?D石墨烯電極構筑新型高靈敏電化學傳感器具有潛在優(yōu)勢。
　　本論文以三維多孔石墨烯(3D-G)材料為基

3、礎碳電極，探索制備了兩類新型無酶傳感器構筑方法，并分別實現(xiàn)了對葡萄糖和過氧化氫的電化學檢測。具體如下：
　　1、基于三維多孔石墨烯電極構筑無酶葡萄糖電化學傳感器，具體為：以三維石墨烯為無支載電極，用電沉積法在電極表面沉積金-普魯士藍(Au-PB)復合物。通過多巴胺(DA)堿性自聚和反應在3D-G/Au-PB電極上修飾一層聚多巴胺(pDA)層。利用pDA自身具有還原作用，還原氯金酸原位生成金納米粒子(Au NPs)后，通過金硫鍵組裝

4、對巰基苯硼酸(MPBA)構筑了可用于葡萄糖檢測的無酶電化學傳感器(3D-G/Au-PB/pDA/Au NPs/MPBA)。MPBA與葡萄糖特異性結合后形成穩(wěn)定的五元環(huán)硼酸酯，這一過程引起電極表面PB電化學信號發(fā)生變化，該變化與結合的葡萄糖濃度在一定范圍內具有線性相關性，因而實現(xiàn)對葡萄糖的無酶電化學檢測。利用電化學循環(huán)伏安法對3D-G/Au-PB/pDA/Au NPs/MPBA電極的構筑過程進行了表征并對檢測條件進行了優(yōu)化?？疾炝酥苽涞膫?/p>

5、感器對葡萄糖的檢測性能，檢測線性范圍為5.0x10-6 M-65.0x10-6 mol/L，檢測限為1.5x10-6 mol/L。
　　2、基于三維多孔石墨烯電極構筑了無酶過氧化氫(H2O2)電化學傳感器，具體為：以三維石墨烯為無支載電極，通過電化學還原法在電極表面沉積Au NPs，通過Au-NH2鍵修飾硫堇(Th)，構筑了用于檢測過氧化氫的無酶電化學傳感器。采用掃描電鏡(SEM)、電化學等方法對傳感電極的制備過程進行了表征，并考

6、察了檢測機理，檢測機理為，以Th作為電化學活性組分直接電催化還原過氧化氫。Th將過氧化氫還原為水，自身被氧化變成氧化態(tài)，隨后氧化態(tài)的硫堇從電極中得到電子，變成還原態(tài)。因此Th修飾三維石墨烯電化學傳感器可直接應用于無酶過氧化氫檢測。在最優(yōu)實驗條件下，制備的三維電化學傳感器對H2O2具有快速響應，檢測線性范圍為0.2x10-6mol/L-1.1x10-3mol/L，檢測靈敏度為227.8x10-6 A/(mmol/L cm2)，檢測限為58