電紡氨基-巰基化有機硅凝膠纖維修飾電極及其電化學(xué)傳感.pdf

1、近年來，電紡納米纖維材料由于具有高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)等特點而成功的應(yīng)用到電化學(xué)傳感領(lǐng)域。靜電紡絲前驅(qū)液中一般需要添加高分子聚合物以改善其可紡性，但多數(shù)聚合物具有較差的導(dǎo)電性，從而限制了其在電化學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文主要以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和3-巰丙基三甲氧基硅烷(MPTS)溶膠為靜電紡絲前驅(qū)液，利用靜電紡絲技術(shù)成功制備了多種有機硅凝膠纖維修飾電極，結(jié)合原位沉積金納米粒子技術(shù)以改善纖

2、維的導(dǎo)電性，并應(yīng)用于水體中痕量重金屬（如鎘和銅）離子及小分子有機物（如水合肼）的高靈敏檢測。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、以高分子聚合物PVP為成纖基質(zhì)，與APTES溶膠混合制備紡絲前驅(qū)液，利用靜電紡絲技術(shù)制備含有氨基的有機硅凝膠纖維（AOF），并將其修飾在有MPTS單分子膜的金電極表面,從而制得富含氨基的有機硅凝膠纖維修飾電極(AOF/MPTS/AuE)。實驗中研究了靜電紡絲參數(shù)對AOF形貌的影響。在15 kV、15 cm、

3、0.8 mL/h的條件下，可制得較均勻、穩(wěn)定的纖維絲。運用掃描電子顯微鏡(SEM)和傅里葉變換紅外吸收光譜(FTIR)對纖維形貌、結(jié)構(gòu)進行表征。由于電極表面富含氨基官能團及修飾的纖維具有三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用溶出伏安法證明了該修飾電極對水中Cu（Ⅱ）離子具有高靈敏的溶出伏安響應(yīng)，在優(yōu)化條件下，Cu（Ⅱ）離子的溶出峰電流與其濃度在7.8×10-12~1.5×10-9 mol/L和1.5×10-9~7.8×10-8 mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好

4、的線性關(guān)系，檢測限為2.6×10-12 mol/L(S/N>3)，并將其成功應(yīng)用于實際水樣的測定。
　　2、以高分子聚合物PVP為成纖基質(zhì)，與MPTS和APTES溶膠混合，在最優(yōu)紡絲條件下（15 kV、12 cm、0.6 mL/h），利用靜電紡絲技術(shù)制備富含巰基-氨基的復(fù)合有機硅凝膠纖維（ATOF），并采用原位沉積法在纖維表面沉積金納米顆粒，進一步制得包含金納米顆粒的巰基/氨基功能化復(fù)合有機硅凝膠纖維修飾電極（Aunano-ATO

5、F/AuE），該修飾電極對重金屬Cd（Ⅱ）離子和Cu（Ⅱ）離子有很好的電化學(xué)響應(yīng)。SEM的結(jié)果表明實驗中制備了連續(xù)性好且均勻的纖維，F(xiàn)TIR證明了富含氨基和巰基的有機硅凝膠纖維的形成，TEM和X射線光電子能譜（XPS)證明了極細金納米粒子在纖維表面的成功沉積，粒子分散均勻，平均粒徑為2.5 nm。由于纖維膜中同時含有巰基和氨基這兩種官能團，采用溶出伏安法研究了該電極對Cd（Ⅱ）離子和Cu（Ⅱ）離子的同時檢測的可行性。在優(yōu)化條件下，其溶出

6、峰電流與其濃度分別在8.9×10-9~7.1×10-7 mol/L和4.0×10-10~1.1×10-8 mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。
　　3、以高分子聚合物PVP為成纖基質(zhì)，與MPTS溶膠混合，在優(yōu)化紡絲條件下（15 kV、13 cm、0.5 mL/h），利用靜電紡絲技術(shù)制備含有巰基的有機硅凝膠纖維（TOF）。由于Au-S鍵的共價鍵合，TOF能夠在金電極表面穩(wěn)定固著，有機硅凝膠纖維經(jīng)過乙醇浸泡可去除大部分的PVP，從而形成

7、具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的巰基有機硅凝膠纖維（PTOF），經(jīng)過金納米顆粒的沉積，得到富含金納米粒子的多孔有機硅凝膠纖維修飾電極(Aunano-PTOF/AuE)，運用SEM和FTIR技術(shù)對纖維的形貌和結(jié)構(gòu)進行表征，證明了多孔纖維膜的形成，采用TEM和XPS技術(shù)表明金納米粒子成功沉積在纖維表面。循環(huán)伏安實驗結(jié)果證明了PVP的去除和納米粒子的沉積大大改善了纖維的導(dǎo)電性及比表面積。該修飾電極還可應(yīng)用于水體中水合肼的檢測，在0.5～50μmol/L和5