纳米氧化锌及其复合物的电致学发光

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半导体ZnO纳米粒子具有高的化学稳定性、电化学活性、生物相容性和快速电子转移动力学功能,在生物医学领域得到广泛应用。二硫化钼、黑磷等新型二维材料都是间接带隙材料,在电学、光学等领域有着应用广泛。当二硫化钼、黑磷与其它纳米材料复合时,可以得到性能明显提高的纳米复合材料,可以进一步扩大这些材料的应用范围。本论文探究ZnO纳米棒(ZnO NRs)、黑磷量子点掺杂的ZnO纳米粒子(BPQDs@Zn O)、MoS2负载的ZnO纳米粒子(ZnO/MoS2)的电致化学发光(ECL)行为,以此为基础构建电致化学发光传感器。主要研究内容如下:1.采用水热法合成了ZnO纳米棒(ZnONRs),并用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行了表征。研究了在K2S2O8存在下,在中性水溶液条件下ZnONRs的ECL行为。循环伏安(CV)结果表明,ZnONRs可以与K2S2O8反应,从而产生强烈的光发射,表明K2S2O8可以作为ZnONRs ECL的共反应物。在不同pH条件下合成的ZnONRs表现出不同的ECL强度,并且在pH 7.0获得最强ECL信号。细胞色素C可以阻止ZnONRs与K2S2O8反应,对ZnONRs ECL有明显的抑制作用,从而可以被灵敏检测。在0.01 nM到5 nM浓度范围内,细胞色素浓度对数值与ECL信号变化值呈良好的线性变化,其检出限为4.7 pM(3σ)。该ECL系统具有灵敏度高,稳定性好的特点,适用于新型ECL传感器的制作。2.通过溶剂液相剥离法合成了黑磷量子点(BPQDs),并将其加入合成ZnO纳米棒的前驱体溶液中,采用水热法合成了BPQDs掺杂的ZnO纳米粒子(BPQDs@ZnO)。BPQDs的掺杂可以抑制ZnO纳米棒的进一步生长,从而形成具有立方结构的BPQDs@ZnO纳米粒子。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和拉曼光谱分别表征得到的BPQDs@Zn O纳米粒子。在中性条件下研究了BPQDs@ZnO的ECL行为。在K2S2O8存在下,获得了阴极ECL信号,且强度强于纯ZnO纳米棒。细胞色素C对BPQDs@ZnO ECL表现出明显的抑制作用,可在浓度范围1.0×10-9-5.0×10-77 mol/L内进行灵敏检测,检测限为9.6×10-1010 mol/L(3σ)。该项工作揭示了涉及BPQD的纳米复合材料的ECL行为,在生物传感领域具有好前景。3.采用水热法合成了ZnO负载的MoS2纳米复合材料(ZnO/MoS2),并用扫描电镜、射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和拉曼光谱对其进行了表征。负载在MoS2纳米片上的ZnO纳米颗粒的形貌由棒状变为立方形,表明MoS2层可能限制ZnO沿c轴的生长。以K2S2O8作为共反应剂,在中性条件下研究了ZnO/MoS2纳米复合材料的ECL行为,得到了强烈的阴极ECL信号,其ECL强度强于纯ZnO纳米棒。半胱氨酸对ECL信号表现出明显的抑制作用,可以被敏感检测。在10nM到1μM浓度范围内,ECL强度与半胱氨酸浓度的对数呈线性变化关系,检测限为6.5nM(3σ)。该ECL传感器表现出高灵敏度和良好的稳定性,揭示了二维纳米材料在ECL传感领域的潜在应用。
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