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在工业、生物、环境、临床诊断和食品检测等领域,检测过氧化氢的方法主要包括色谱法、滴定分析法、能谱测定法、化学发光法和电化学方法。其中电化学方法,由于其成本低、方法简单、灵敏度高且实用性强等特点,是过氧化氢检测的重要手段。纳米技术的发展为构建高灵敏度、高稳定性的过氧化氢电化学传感器提供了契机。
本论文基于自组装和电沉积技术制备了三类纳米结构薄膜,用于过氧化氢的传感器的设计。具体的研究内容如下:
1、辣根过氧化氢酶(HRP)修饰的金纳米粒子薄膜电极的过氧化氢传感特性。采用液/液界面自组装和无偶联剂的层/层自组装技术制备了金纳米粒子单层膜和多层膜,研究了HRP修饰的金纳米薄膜的直接电子转移行为和HRP/Au膜对过氧化氢传感性能。结果表明:多层金纳米粒子薄膜能够为HRP的吸附提供更多的吸附位点,HRP吸附量增加,而且由于金纳米粒子薄膜的层数增加,其表面的粗糙度增加,有效地缩短了HRP活性中心与电极基底之间的距离,使得HRP在电极表面的直接电子转移更加容易。其中在4层金纳米粒子多层膜上修饰的HRP的直接电子转移电流信号是最强的,对过氧化氢的检测的线性范围为9.8×10-6～6.0×10-3mol·L-1,检测限为4.9×10-6 mol·L-1,且电流响应快、选择性好。
2、聚苯胺(PANI)和金纳米粒子薄膜复合材料的过氧化氢传感特性。采用液/液界面自组装技术在玻碳电极表面修饰金纳米粒子多层膜,并在金纳米粒子薄膜表面电沉积PANI修饰层,通过控制金纳米粒子薄膜的层数和PANI电沉积时间优化了PANI和Au复合纳米结构对过氧化氢的传感性能。结果表明优化后的PANI/Au复合纳米结构对过氧化氢的检测线性范围为9.8×10-5～8.0×10-2mol·L-1,检出限为7.0×10-6mol·L-1。
3、金/铂合金纳米粒子薄膜的过氧化氢传感特性。采用电化学循环伏安的方法共沉积金铂纳米粒子,研究了电解液中PtCl62-和AuCl4-的浓度对所制备的金铂合金纳米粒子中金、铂组分的影响,并研究了金、铂组分的不同,对过氧化氢氧化的影响。结果表明当Au:Pt原子比例为38:62时过氧化氢在电极表明上具有最好的电化学响应,对过氧化氢的检测的线性范围为1.0×10-7～4×10-2 mol·L-1,覆盖5数量级,且检测限为5.0×10-8mol·L-1。