碳包鎳納米晶和碳納米管修飾電極的制備及分析應(yīng)用.pdf

1、近年來，新材料不斷涌現(xiàn)，尤其是納米材料的出現(xiàn)引起了各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注，并開展了相應(yīng)的研究。其中碳納米管、碳包鎳納米晶等材料也同樣引起了世界各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的重視。由于碳納米管和碳包鎳納米晶具有較大的比表面積，能有效地提高響應(yīng)電流，碳納米管表面的拓?fù)淙毕菁捌鋸澢Y(jié)構(gòu)有助于提高電子傳遞速率。將這些納米材料用于電極的修飾材料，研究一些生物物質(zhì)在該納米修飾電極上的電化學(xué)行為，可降低過電位，提高電化學(xué)反應(yīng)的速率、電極的選擇性、電極的靈敏度等，對(duì)于

2、認(rèn)識(shí)生物物質(zhì)的氧化還原機(jī)理及制備納米生物器件具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文以碳包鎳納米晶和單壁碳納米管為電極修飾材料，分別制備了碳包鎳納米晶和碳納米管修飾電極。研究了藥物小分子在碳包鎳納米晶修飾電極上的電子傳遞過程，建立了相應(yīng)的測(cè)定方法；探討了生物大分子在碳納米管修飾電極上電化學(xué)氧化還原性能及電催化機(jī)理。本論文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (1) 碳包鎳納米晶修飾電極的制備、表征及分析應(yīng)用采用透射電子顯微鏡對(duì)碳包鎳納米

3、晶進(jìn)行了表征，其粒徑約為10～50nm之間。制備了碳包鎳納米晶修飾玻碳電極(C-Ni/GCE)，研究了對(duì)乙酰氨基酚(ACOP)和馬錢子堿(Brucine)在C-Ni/GCE上的電化學(xué)行為，結(jié)果表明，碳包鎳納米晶能夠有效地促進(jìn)了電子在ACOP和Brucine與電極之間的傳遞。采用循環(huán)伏安、恒電位電解等方法對(duì)ACOP和Brucine在碳包鎳納米晶修飾玻碳電極上的氧化還原機(jī)理進(jìn)行研究。ACOP為擴(kuò)散控制的2電子2質(zhì)子的氧化還原過程，擴(kuò)散系數(shù)為

4、4.97×10<'-6> cm<'2>·s<'-1>；Brucine的氧化還原過程包括三個(gè)步驟：一個(gè)2電子的不可逆氧化過程和兩個(gè)2電子2質(zhì)子的可逆氧化還原過程。C-Ni/GCE對(duì)ACOP和Brucine定量測(cè)定的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和選擇性好，定量測(cè)定Brucine，和ACOP的檢測(cè)限分別達(dá)1.4×10<'-8>mol·L<'-1>和6.0×10<'-7>mol·L<'-1>，用于實(shí)際樣品的測(cè)定獲得滿意結(jié)果，并可用于ACOP、抗壞血酸和多巴胺

5、的同時(shí)測(cè)定，具有較高的靈敏度。 (2)血紅素蛋白質(zhì)在單壁碳納米管修飾電極上的直接電化學(xué)及分析應(yīng)用利用單壁碳納米管(SWNTs)-溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)將血紅蛋白、肌紅蛋白、辣根過氧化物酶三種血紅素蛋白質(zhì)固定在玻碳電極表面，制備了穩(wěn)定的血紅素蛋白質(zhì)-SWNTs-CTAB膜修飾玻碳電極。紫外．可見吸收光譜和傅立葉變換紅外光譜證實(shí)固定在SWNTs-CTAB膜內(nèi)的血紅素蛋白質(zhì)保持其二級(jí)結(jié)構(gòu)不變?？疾炝搜t素蛋白質(zhì)在該修飾電極上

6、的直接電化學(xué)，發(fā)現(xiàn)血紅素蛋白質(zhì)可直接與電極之間傳遞電子，并且該過程為表面控制的準(zhǔn)可逆電化學(xué)過程。采用循環(huán)伏安法和方波伏安實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性擬合的方法計(jì)算了氧化還原過程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在SWNTs-CTAB膜中，血紅素蛋白質(zhì)對(duì)H<,2>O<,2>和NO<,2><'->表現(xiàn)出很高的電催化還原活性，表明血紅素蛋白質(zhì)在SWNTs-CTAB膜中仍然保持其生物電催化活性。初步探討了電催化還原H<,2>O<,2>和NO<,2><'->的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)

7、催化還原峰電流與濃度在較寬的范圍內(nèi)成良好的線性關(guān)系，可用于H<,2>O<,2>和NO<,2><'->的定量檢測(cè)。 (3) 鐵蛋白在單壁碳納米管修飾電極上的直接電化學(xué)用 SWNTs-CTAB 將鐵蛋白(Ferritin)固定在玻碳電極表面，制備了Ferritin-SWNTs-CTAB修飾電極。采用循環(huán)伏安法研究了Ferritin在該修飾電極上的直接電化學(xué)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ferritin在該電極上有很好的氧化還原峰，研究了Ferritin