几种含铜纳米复合材料的制备及在电化学传感中的应用

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hexingjie1980
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含铜纳米材料具有独特的生物、物理及化学特性,因其良好的电导率和光学性能等,逐渐成为最受关注的过渡金属纳米材料之一,被广泛运用于抗菌、载药、光动力治疗、传感、催化等多个领域。本论文在全面综述含铜纳米材料的分类、合成与应用的基础上,进一步探索了几种含铜纳米复合材料的制备及其在电化学传感上的应用,具体工作如下:1.采用直接模板法合成了一种新型的二维多孔CuCo2O4(2D HCCO)纳米片,并将其与二氧化铈结合,首次用于构建一种有效检测过氧化氢的电化学传感平台。在电催化还原过氧化氢的过程中,由于二维多孔纳米片天然的多孔结构和二氧化铈的媒介作用赋予了CeO2/HCCO/MWCNTs/GCE良好的协同催化特性,可以超高灵敏的检测过氧化氢:首先,独特的多孔结构可以缩短电子传输的距离并且可以提供更多的活性位点从而使得信号放大;其次,Ce3+/Ce4+负载在多孔纳米片表面会产生双重氧化效应,促使纳米片上原位生成Cu+/Cu2+和Cu+/Cu氧化还原电对,进一步放大检测信号。通过计时安培法将电位设置为-0.25 V,CeO2/HCCO/MWCNTs/GCE对于生理环境中的过氧化氢检测呈现出较宽的线性范围(1μM-7.31 m M)和较低的检测下限(0.16μM)。该电极同样可用于Hela细胞中微量过氧化氢的检测。这表明基于多孔CuCo2O4的生物传感器在生物分析和早期癌症诊断中具有良好的应用前景。2.亚稳态的氧化亚铜是含铜类纳米材料之中用于构建电化学传感平台最有吸引力的材料之一。采用氧化还原模板策略有效地制备了具有Cu-MOF三明治壳层和Au纳米颗粒为夹心层的Au@Cu-MOF复合纳米胶囊。多孔金属有机骨架(MOF)在Cu2O纳米晶体上原位生长,并通过将HAuCl4还原成金纳米粒子牺牲Cu2O纳米晶体转变为铜离子源,用于壳层Cu-MOF的构建。通过对制备的材料进行表征发现成功合成了Au@Cu-MOF复合纳米胶囊。根据Cu/CuCl固态电化学,可用于构建信号放大的一种电化学传感平台策略。由于Au@Cu-MOF复合纳米胶囊的双金属协同特性以及多孔结构和Cu/CuCl固态电化学的启发下,探究了Au@Cu-MOF复合纳米胶囊的CuCl固态电化学的可行性。3.以第三章制备的Au@Cu-MOF纳米胶囊为基础,基于氯化亚铜(CuCl)固态电化学的输出信号,开发了一种超灵敏的信号放大策略,用于检测谷胱甘肽(GSH)。Au@Cu-MOF纳米胶囊修饰电极通过CuCl的固态电化学在氯离子(Cl-)存在下实现了增强的信号输出,并显示出一对明显的峰。当存在谷胱甘肽的时候,由于“挤出效应”,铜-谷胱甘肽相互作用触发了竞争反应,将氯化铜转化为铜-谷胱甘肽的非电活性物质,导致了CuCl峰值电流降低。Au@Cu-MOF纳米胶囊修饰电极由于在相对较低的电势下具有特定的电化学输出,可以有效地屏蔽复杂生理环境中的可能干扰,因此对GSH表现出较高的敏感性。就电极头的污染而言,挤出效应还可以提高对于复杂的分析样品检测的选择性。该电化学传感器对谷胱甘肽检测的线性范围为0.01-40 nM和40 nM-10μM,检测下限为2.5 pM(S/N=3)。该传感器可用于测定各种蔬菜和血清样品中的谷胱甘肽,其结果也令人满意。此外,此传感器也可用于Romas细胞裂解液中GSH的探测,为临床早期诊断癌症带来了希望。由于超灵敏的CuCl固态电化学促进了信号放大策略,以及Au@Cu-MOF纳米胶囊的优异稳定性和特殊性质,该传感平台有望在生物、食品分析和临床诊断领域中得到广泛应用。
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