热解柚子皮制备网状泡沫碳及其在生物电化学领域的应用

通过在900℃氮气环境下直接热解柚子皮,制备了具有规则网状互连结构的泡沫碳。该泡沫碳具有孔隙率高、质量轻、导电性好、比表面积大等特征,结合碳材料所固有的优良的生物兼容性,该泡沫碳可以为生物活性物质提供三维基底以构建生物电化学器件。为进一步提高泡沫碳的比表面积,并构建生物活性物质与电极之间的直接电连接,利用水热法将ZnO纳米线集成到碳基表面构建碳/ZnO复合结构,通过在复合结构表面一体化沉积聚吡咯/葡萄糖氧化酶,构建了葡萄糖传感器,展示了对葡萄糖的良好响应,实验结果预示了其在生物电化学领域的应用潜力。     

基于单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的电化学生物传感器

结合DNA酶优异的氧化还原催化特性和碳纳米管的电化学特性, 制备了单壁碳纳米管-DNA酶复合材料, 并通过壳聚糖将其固定到玻碳电极表面构建了电化学生物传感界面. 研究了单壁碳纳米管-DNA酶复合结构的氧化还原反应催化特性, 并以此为传感平台构建了葡萄糖氧化酶电化学生物传感器. 结果表明, 单壁碳纳米管-DNA酶复合材料修饰的电极对过氧化氢的响应具有较宽的线性范围(5×10^-6~1×10^-2 mol/L)和良好的检测灵敏度(检出限为1×10^-6 mol/L). 采用制备的葡萄糖氧化酶传感器实现了对葡萄糖的快速灵敏检测.     

Nafion/硫堇/铂纳米线复合电极的葡萄糖电催化活性

利用吸附在玻碳基底Nafion膜的负电性磺酸基与正电荷硫堇（Thi）相互作用,将电子媒介体固定电极表面,通过铂纳米线（PtNW）与硫堇间的键合作用及铂纳米线强吸附效应把葡萄糖氧化酶（GOD）固定于玻碳基底上,制得高灵敏电流型葡萄糖生物传感电极. 通过循环伏安法考察了电极的电化学特性,研究了该铂纳米线生物传感电极的葡萄糖电催化性能. 结果表明,该传感电极对葡萄糖有良好的电催化活性,线性响应范围1.0 × 10^-5 ~ 6.0 × 10^-3 mol·L^-1,检测限3.0 × 10^-6 mol·L^-1. 该传感电极制备简单、灵敏度高、重现性好.     

表面形貌对螺旋线形跨尺度电化学葡萄糖传感器性能的影响

将键合金丝以螺旋方式紧密绕制在光纤纤芯上,用水浴法在其表面合成氧化锌纳米线,再将葡萄糖氧化酶物理吸附在纳米线上,得到了螺旋线形跨尺度葡萄糖酶电极。提取了该跨尺度结构及相应酶电极的表面形貌,表征了该批酶电极的电化学性能。结果表明,氧化锌纳米线的合成参数对跨尺度结构的表面形貌、葡萄糖氧化酶的固定效果、跨尺度电化学葡萄糖传感器的性能有显著影响;当生长液Zn2+浓度为25 mmol/L时,跨尺度结构表面形貌的粗糙度为0.10μm、相关长度0.29μm,此时葡萄糖氧化酶的固定效果最好,对应的葡萄糖传感器灵敏度为2.15μA/(mmol/L·cm2)、线性范围0~4.5 mmol/L、检出限9.2μmol/L、Michaelis-Menten常数3.68 mmol/L。研究结果不但有助于螺旋线形跨尺度酶电极的批量制备,还可显著提高其测量精度。     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料的制备和性能

以介孔碳纳米线为基体, 通过电化学方法制备了新型聚苯胺/介孔碳纳米线(PANI/MCFs)复合材料, 采用SEM和TEM等手段对样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明, 聚苯胺均匀附在介孔碳纳米线表面, 并填充到纳米线介孔孔道中. 将复合材料组装成三电极体系超级电容器, 用循环伏安、 恒流充放电和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了测试. 结果显示, 在1 mol/L H₂SO₄溶液中, 复合材料的比电容达到391 F/g, 其循环稳定性也得到显著提高.     

葡萄糖氧化酶在石墨烯-纳米氧化锌修饰玻碳电极上的直接电化学及对葡萄糖的生物传感

采用滴涂法和电沉积法制备了石墨烯/纳米氧化锌复合膜修饰玻碳电极,再将葡萄糖氧化酶固定在修饰电极表面制成了电化学生物传感器,用于葡萄糖的灵敏测定。用循环伏安法在-0.7～-0.1 V范围内研究了葡萄糖氧化酶在修饰电极上的直接电化学行为。结果表明,石墨烯/纳米氧化锌复合膜能很好地保持葡萄糖氧化酶的生物活性,并显著促进了其电化学过程。在0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)中,固定在修饰电极上的葡萄糖氧化酶呈现出一对近乎可逆的氧化还原峰,并且对葡萄糖的氧化具有良好的催化作用。葡萄糖氧化酶在修饰电极上的电子转移常数ks为1.42 s-1,修饰电极对葡萄糖催化的米氏常数Kampp为14.2μmol/L。线性范围为2.5×10-6～1.5×10-3mol/L,检出限为2.4×10-7mol/L(S/N=3)。此修饰电极具有良好的导电性能、稳定性和重现性,可用于实际样品的分析测定。     

阿奇霉素在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为及其测定

运用循环伏安法与线性扫描伏安法研究了阿奇霉素在多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为,建立了一种直接测定阿奇霉素的电化学分析方法。结果表明,与裸玻碳电极相比,多壁碳纳米管修饰电极能显著提高阿奇霉素的氧化峰电流,阿奇霉素的电极过程完全不可逆,存在典型的吸附特性。在优化的实验条件下,氧化峰电流与阿奇霉素浓度在3.0×10-7～2.5×10-5 mol/L和2.5×10-5～5.0×10-4 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限为1.0×10-7 mol/L。     

多壁碳纳米管/纳米Ag-TiO_2膜DNA电化学生物传感器

基于多壁碳纳米管/纳米Ag-TiO2复合膜制备了高灵敏度的DNA电化学生物传感器。将Ag-TiO2复合物与适量分散于N,N-二甲基甲酰胺中的多壁碳纳米管(MWNT)相混合,形成均匀稳定的混合溶液,将其滴涂于裸碳糊电极表面,制得MWNT/Ag-TiO2修饰碳糊电极。碳纳米管大的比表面积和良好的电子传递性能与Ag-TiO2纳米复合物良好的生物相容性和对DNA极好的吸附能力的协同作用,显著提高了DNA探针的固载和DNA杂交的检测灵敏度。应用循环伏安法和电化学交流阻抗谱分别对传感膜的制备和DNA的固定与杂交进行了表征。以电化学交流阻抗谱法对转基因植物外源草丁膦乙酰转移酶基因片段进行了检测,线性范围为1.0×10-11～1.0×10-6mol/L,检出限为3.12×10-12mol/L。     

聚吡咯纳米线凝胶的模板制备及储能与电化学传感性能

以配位聚合物凝胶为模板, 构筑均一的聚吡咯纳米线网络, 聚合后经简单处理除去模板, 得到性能优异的聚吡咯凝胶. 结果表明, 模板法合成的聚吡咯凝胶为由均一纳米线组成的三维网络结构, 具有良好的力学性能、 较大的比表面积及优异的电化学特性, 在0.28 A/g电流密度下, 比电容可达450 F/g, 在2.8 A/g电流密度下充放电1000次, 比电容仍可保持88.6%. 聚吡咯纳米线网络凝胶经葡萄糖氧化酶负载后得到柔性传感电极, 对低浓度(0.2 mmol/L)的葡萄糖具有快速响应性能, 有望用于超级电容器及生物电化学传感器等领域.     

基于聚锂均苯三甲酸/多壁碳纳米管复合膜的葡萄糖生物传感器的研究

利用电聚合方法在裸玻碳(GC)电极上修饰一种新型金属有机框架化合物锂均苯三甲酸(Li-BTC),并采用滴涂技术制备了Nafion/GOx/MWNTs/poly-Li-BTC/GC葡萄糖生物传感器。利用扫描电镜分析了复合膜(含MWNTs和poly-Li-BTC)的形貌,采用循环伏安和交流阻抗方法对修饰电极的电化学性能进行了研究。结果表明,此复合膜可增大裸玻碳电极的有效表面积、改善电极的电催化活性。利用循环伏安法和计时安培法研究了葡萄糖在Nafion/GOx/MWNTs/poly-Li-BTC/GC电极上的电化学特性。结果表明:葡萄糖的浓度在0.02～1.56 mmol/L范围内,此修饰电极的电流响应与葡萄糖的浓度呈线性关系,其相关系数为0.9992,检出限为5.1μmol/L(信噪比为3∶1)。修饰电极的米氏常数为0.832 mmol/L,回收率为96.3#～100.3#。本研究制备的葡萄糖生物传感器具有较好的重复性、重现性、选择性与稳定性,用于葡萄糖注射液中葡萄糖含量的检测,结果满意。     

新型聚N，N-二甲基苯胺/多壁碳纳米管修饰电极的制备、表征与应用

采用多壁碳纳米管(MWNT)改性聚N,N-二甲基苯胺(PDMA)膜,制备了新型复合膜修饰玻碳电极,并用SEM、电化学方法对修饰电极进行表征。 结果表明,无论MWNT是以掺杂还是先滴涂MWNT再聚合DMA多层修饰方式,均会改变PDMA膜的形貌和电化学性能。 复合膜修饰电极比单一PDMA膜修饰电极大幅度提高了比表面积和电活化面积,同时使PDMA和MWNT更好地协同发挥其优良的电化学特性。 实验结果表明,层层修饰制备的聚N,N-二甲基苯胺/多壁碳纳米管复合膜修饰电极对香草醛的电化学响应远大于基体电极和其它方法制备的修饰电极,电催化作用显著提高,其过电位降低了148 mV,氧化峰电流约增加了6倍;其电极反应是吸附控制的不可逆氧化过程,转移电子数n为2,质子数m为1,传递系数α为0.4062,吸附量为Γ=3.527×10-9 mol/cm2;检出下限为8.0×10-7 mol/L,样品平均回收率为99.87%。     

碳纳米管/铜纳米结构电极材料在葡萄糖检测中的应用

利用电化学沉积法制备了碳纳米管/铜纳米结构电极材料, 采用扫描电子显微镜和电化学方法对电极表面的形貌和电化学性质进行了表征. 结果表明, 碳纳米管/铜纳米结构电极材料具有较大的电化学活性表面积、 高稳定性、 良好的导电性以及高葡萄糖电氧化活性, 有望用于葡萄糖的检测.     

RuO_2/MWNTs纳米复合材料用于无酶型葡萄糖传感器的研究

采用水热合成法在多壁碳纳米管(MWNTs)上负载了Ru O2纳米颗粒,并以Nafion为固定剂将复合材料修饰于玻碳电极的表面,制备了一种新型无酶型葡萄糖传感器。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学方法对复合材料进行表征,发现碳纳米管上的Ru O2为纳米级,分散均匀。该复合材料修饰的电极对葡萄糖响应电流明显,并且受抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)和尿酸(UA)的干扰小。采用安培法测定葡萄糖,其线性范围为1.0×10-5~1.2×10-2 mol/L(R2=0.998),灵敏度41.826μA cm-2(mmol/L)-1,检测限2.2×10-5 mol/L(信噪比为3),响应时间5.2 s,具有较好的稳定性。     

基于“Click”反应耦合酶的高灵敏葡萄糖生物传感器的研究

采用葡萄糖氧化酶（GOD）为模板,利用"Click"反应固定,构建了新型葡萄糖生物传感器。首先,将碳纳米管叠氮化,并将GOD炔基化;在Cu⁺的催化作用下,两者发生"Click"反应;在Nafion的作用下固定在玻碳电极表面,制得葡萄糖生物传感器。采用傅里叶红外光谱（FTIR）法对碳纳米管"Click"反应前后的性质进行了表征。采用循环伏安法和计时电流法考察了电极的电化学行为,并对传感器的性能进行了详细研究。结果表明:在优化的实验条件下,此电极对葡萄糖有明显的催化作用,电流与葡萄糖的浓度在6.0×10-7～1.4×10-3 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限达2.0×10^-7mol/L。此传感器具有良好的灵敏度、稳定性和重现性。对血清样品中的葡萄糖进行检测,结果令人满意。     

维生素C在多壁碳纳米管/壳聚糖复合膜修饰玻碳电极上的电化学行为及测定

研究了维生素C在多壁碳纳米管/壳聚糖复合膜修饰玻碳电极上的电化学行为及测定。实验结果表明,在0.2 mol/L PBS(pH6.0)缓冲溶液中,修饰电极对抗坏血酸的氧化具有明显的催化和增敏效应,其氧化峰电位由 0.5 V负移至 0.1 V(vs.AgCl/Ag)。对修饰剂碳纳米管的用量、支持电解质、富集电位和富集时间等进行了优化。采用半微分伏安法进行定量测定,其线性范围为4.0×10-6~2.0×10-3mol/L,r=-0.998 3,检出限为1.0μmol/L。对抗坏血酸在修饰电极上的电化学行为进行了探讨,其电极反应为具有吸附特性和不可逆的电极过程,测得参加反应的质子数为2,电极反应的电子转移系数为0.59。测定了维生素C药片中抗坏血酸的含量,回收率在93%~105%。     

铁纳米线/壳聚糖/抗体生物探针的制备和层析检测

以戊二醛为交联剂制备Fe纳米线/壳聚糖复合物,研究其对牛血清白蛋白的吸附性能:缓冲液pH为6.0时,达到最大平衡吸附量,为148.40 mg/g;以Fe纳米线/壳聚糖交联吸附α-HCG抗体制备生物探针,组装层析试纸条,进行免疫层析实验,结果表明:其检测灵敏度为10 IU/L,与市场上销售的胶体金早孕试纸条相比,可以将早孕检测时间提前2～3 d.     

基于聚中性红/多壁碳纳米管复合材料的比率型电化学传感器检测雌三醇

基于聚中性红/多壁碳纳米管复合材料构建了检测雌三醇的比率型电化学传感器，利用聚中性红作为内参比电活性探针，雌三醇与聚中性红的氧化峰电流比值作为比率电化学信号，实现了雌三醇的定量检测。聚中性红/多壁碳纳米管复合材料具有良好的电导率和电催化性能，可提高检测灵敏度。实验结果表明，雌三醇在聚中性红/多壁碳纳米管复合材料修饰的玻碳电极上发生双电子和双质子的电化学氧化过程。传感器检测雌三醇的线性范围为0.1～2.0μmol/L,检出限为0.08μmol/L(S/N=3)。此传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强及稳定性好等优点，可用于雌三醇药膏、人尿液和湖水样中雌三醇的分析。     

优化碳包覆对正极材料LiFePO4/C高倍率性能的影响

碳包覆层的结构和形态对LiFePO4正极材料的电子电导率影响很大. 本文以聚丙烯和葡萄糖为碳源, 二茂铁为催化剂前驱体, 采用原位固相法合成LiFePO4/C复合材料, 并对其微观结构和形貌, 碳的结构与含量, 电化学性能进行分析. 结果表明, 聚丙烯热解形成的碳包覆层石墨化程度高, 可提高材料的高倍率放电性能. 二茂铁的加入有助于优化包覆层的碳结构. 制备的LiFePO4/C复合材料具有优异的高倍率电化学性能, 10C (1C=170 mA·g-1)放电比容量达到145 mAh·g-1.     

基于Nafion/碳纳米粒子修饰的葡萄糖传感器

采用滴涂法制备了Nafion/碳纳米粒子复合物修饰玻碳电极,该电极对H2O2具有良好的电催化氧化性能。还利用滴涂法制备了Nafion/碳纳米粒子复合物包裹的葡萄糖酶电化学生物传感器,该生物传感器对葡萄糖有着良好的电催化作用。应用该传感器对葡萄糖进行了检测,检测线性范围为2.0×10-6～6.0×10-3mol/L,检出限为1.6×10-6mol/L(S/N=3),实验结果表明该传感器具有良好的稳定性、重现性和抗干扰能力。对小鼠血清样品中的葡萄糖进行检测,结果令人满意。