ZIFs衍生的二维多孔纳米碳及其复合材料的制备及应用研究

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20世纪以来碳纳米材料作为多功能的经济材料对传感、能量转换及贮存、生命分析、生物医学等研究领域具有重要意义,选择设计合理的碳纳米材料则是高效实现特定应用的关键。MOFs的出现为新型碳纳米材料的设计制备提供了触类旁通般的新启示。本文以MOFs纳米颗粒作为前驱体,构思并制备相应的碳纳米材料,基于此利用电化学、紫外及荧光等分析方法实现对目标物质的快速、灵敏检测,为多功能纳米材料的设计制备及其在生物分析应用等领域提供了新思路新方法。本文基于ZIFs衍生的碳纳米材料构建光/电化学传感器、及纳米酶促级联生物平台并将其用于分析检测相关的目标物及生物分子,主要研究内容如下:一、基于ZIFs衍生的二维多层多孔碳纳米片的制备及其分析应用通过KOH辅助的声波化学处理策略将热活化后的ZIF-8颗粒剥脱,成功制备了多功能的二维多层多孔CNSs材料。(1)基于CNSs本身丰富的物质与电子传输特性,利用CNSs修饰玻碳电极构建电化学传感平台,分别实现了致癌物HQ和CT的单独电化学传感;(2)利用CNSs的模拟过氧化物酶催化特性构建了人工酶传感平台,借助TMB被氧化后的有色产物实现了对H2O2的快速比色检测;(3)基于CNSs制备CDs,实现在315 nm激发波长下对Fe3+的荧光定量分析。该策略制备的CNSs材料具有大量的比表面积和孔分布,丰富的N掺杂含量,独特的化学环境,提高了反应体系中的传质和电子传输效率,从而提高了检测灵敏度,实现了对目标物质的高灵敏检测。二、基于ZIFs衍生的多孔碳基纳米酶促级联生物平台用于H2O2和葡萄糖比色检测基于源自ZIF-8的多层N掺杂碳作为基质,利用BSA的等电点和导向作用,促进纳米颗粒和碳纳米片的结合,自组装生长蛋白质/双金属纳米颗粒,从而构建纳米酶促级联生物平台。除了保留出色的类过氧化物酶活性外,BSA-PtAu@CNS还通过在碳基纳米材料上原位还原的Pt和Au纳米颗粒来表现出色的类GOD活性。基于此思路提出的级联生物平台具备双重酶活性,高稳定性,高效和高灵敏度等特点,可用于葡萄糖传感。BSA-PtAu@CNS表现出突出的可制备性,可扩展性,生物相容性和稳定性,对进一步的生物医学领域研究拥有广阔的前景。
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