低维(氢)氧化镍/碳杂化纳米材料的可控制备及其在葡萄糖传感器中的应用研究

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近年来,杂化纳米材料因其独特的形态和结构而呈现出诸多奇异的物理、化学性质,在催化、生物、医学以及光电磁等领域具有广阔的应用前景。研究表明,杂化纳米材料可实现各纳米材料间优势互补,从而研制出性能优异的新型功能材料,因此探索杂化纳米材料的可控制备具有重要的理论及实际意义。本论文重点研究低维石墨烯/Ni(OH)2及NiO/C杂化纳米材料的可控制备及其在葡萄糖传感器中的应用,探讨杂化纳米材料形态结构与其电化学性质之间的关系。石墨烯/Ni(OH)2杂化纳米材料的制备及其电化学应用。先分别合成含叠氮端基的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP-N3)和炔基修饰的氧化石墨烯,而后通过两者之间的click反应,将PVP键接到氧化石墨烯表面;随后以NiCl2为镍源,氧化石墨烯表面接枝的PVP为模板和成核中心,在碱性条件下制备氧化石墨烯/Ni(OH)2复合物,并经化学还原制得石墨烯/Ni(OH)2杂化纳米材料。在此基础上,用所制得的石墨烯/Ni(OH)2杂化纳米材料修饰玻碳电极,构筑无酶葡萄糖传感器,用于葡萄糖检测,显示出较高的灵敏度和较宽的线性响应,其线性响应浓度范围和检测限分别为0.3–750μM和30nM(S/N=3)。核壳结构Ni(SO40.3(OH)1.4/C杂化纳米带合成研究。先以硫酸镍和乙酸钠为原料,经水热法合成Ni(SO40.3(OH)1.4纳米带,研究发现SO42–离子在反应体系中起结构导向作用并诱使晶体各向异性生长,在[Ni2+]=0.025M,[Ni2+]/[OAc]=1/4,反应温度和时间分别为180oC和48h的最佳条件下,成功合成出超长纳米带。随后以葡萄糖为碳源,采用水热碳化法对所合成的Ni(SO40.3(OH)1.4纳米带前驱体进行碳包覆,成功制备出具有核壳结构的Ni(SO40.3(OH)1.4/C杂化纳米带。系统研究了葡萄糖浓度对核壳结构纳米带碳层厚度的调控情况,实验结果表明,当葡萄糖浓度在1.125–6.750g/L范围变化时, Ni(SO40.3(OH)1.4/C杂化纳米带的碳层厚度可由2nm渐增至18nm,葡萄糖浓度与碳层厚度几乎呈线性增长关系。此外,采用XRD、SEM、TEM、XPS和FTIR等现代分析测试技术分别对Ni(SO40.3(OH)1.4纳米带水热碳包覆前后进行了研究。核壳结构NiO/C杂化纳米带合成及其葡萄糖传感作用。以前面合成的具有核壳结构的Ni(SO40.3(OH)1.4/C杂化纳米带为原料,经热处理制备同样具有核壳结构的NiO/C杂化纳米带。系统考察了热处理温度对NiO结构和性能的影响,先采用FTIR及XRD研究纯Ni(SO40.3(OH)1.4纳米带在热处理条件下的结构转变情况,而后采用SEM、循环伏安法及计时安培法研究纯NiO及核壳NiO/C杂化纳米带的形态及电化学性能。在此基础上,分别用所合成的NiO及NiO/C杂化纳米带构筑葡萄糖无酶传感器,并用于葡萄糖检测。系统研究了葡萄糖检测条件,在最佳测试条件下,NiO无酶传感器的葡萄糖氧化峰电流与其浓度在1–170μM范围内呈良好的线性关系,检测限为210nM。而NiO/C无酶葡萄糖传感器的线性范围为0.5–180μM,检测限为25.5nM。将NiO/C无酶传感器应用于血样中葡萄糖测定,其回收率在92.9–98.7%之间。
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