电流型传感器敏感材料的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:roc9055
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作为一种方便易操作、适合现场、实时监测的一种新型的检测手段,电流型传感器引起了人们的广泛关注。本论文主要集中于电流型传感器敏感材料的研究,其中包括催化剂的设计、制备、表征及其在电流型传感器中的应用,研究的主要内容如下:  1.可控制备AuPPyNFs催化剂及其在葡萄糖生物传感器中的应用研究  通过聚合物中官能团间的氢键作用力,在聚吡咯纳米纤维表面包覆一层PEI分子,再加入HAuCl4进行原位还原,成功制备了PPyNFs载金纳米粒子(Au/PPyNFs)催化剂,通过控制HuCl4与PPy的摩尔比可以很好的控制PPyNFs表面的金载量。基于Au/PPyNFs组装得到了葡萄糖生物传感器,该传感器可以对0~13mM的葡萄糖给出很好的线性电流响应(R2=0.9993),该传感器的灵敏度为1.003μcm-2mM-1。  2.基于铜氧化物构筑的高性能葡萄糖生物传感器的研究  本部分工作以CuxO/Cu为敏感材料构筑了无酶葡萄糖生物传感器并对葡萄糖进行了检测。首先对CuxO进行XRD表征可以确定该化合物是由CuO和Cu2O组成的,SEM测试可以看出棒状结构的铜氧化物布满了整个电极表面,而且有序的形成了花状结构,从循环伏安曲线中可以看出,CuxO/Cu电极催化葡萄糖的峰电位要比铜箔、Cu2O/GCE和CuO/GCE三电极高出6,6.3和1.7倍。基于CuxO/Cu电极得到的电流型葡萄糖无酶生物传感器对葡萄糖的检测给出了良好的检测效果:响应电流与葡萄糖浓度有很好的线性关系(R=0.996),检测限为0.049mM,灵敏度可以高达1.62mAcm-2mM-1。最后,该传感器对猪血清的葡萄糖样本进行检测时依然给出了很好的检测效果。  3.Cu2O形貌对无酶葡萄糖催生物传感器性能影响的研究  首先通过控制反应溶液的浓度制备得到了纳米球和八面体结构的Cu2O纳米粒子,考察了Cu2O形貌对葡萄糖催化活性的影响,并且基于不同结构的Cu2O纳米粒子组装了电流型葡萄糖生物传感器,以不同传感器对葡萄糖检测时发现,Cu2O的形貌确实对传感器的性能有影响,以Cu2O纳米球为敏感材料的葡萄糖传感器对葡萄糖的检测效果要好,其灵敏度可以达到1.677mAcm-2mM-1。  4.基于Au/CNFs催化剂的H2O2传感器的研究  通过原位化学还原法制备得到了炭纤维载金纳米粒子(Au/CNFs)催化剂。电化学测试可知,该催化剂可以有效的降低H2O2电化学还原的过电位,并且相比于单独使用Au纳米粒子和CNFs做催化剂时,Au/CNFs对H2O2的电还原有更好的催化活性。基于Au/CNFs为敏感材料的电流型H2O2传感器可以在-0.1V的工作电位下,实现对H2O2浓度的线性检测,线性范围为2~24.5mM,灵敏度为56μAcm-2mM-1。  5.Au@Pd纳米粒子:电流型乙醇气体传感器的高活性催化剂的研究  为了提高Pd对乙醇催化的稳定性,本工作中采用种子生长法制备得到了Au@Pd核壳纳米粒子,通过调节Au核的尺寸可以得到不同Pd壳结构的Au@Pd核壳催化剂。考察了Au核尺寸对催化剂催化乙醇活性的影响,结果发现,当使用9.8nm的Au作核得到的Au@Pd核壳纳米粒子对乙醇有最高的催化活性抗毒化能力。基于该催化剂,组装得到了电流型乙醇气体传感器,该传感器可以对50~600ppm的乙醇气体进行线性检测,传感器的灵敏度为178.5nAppm-1,在长期稳定性测试中发现,该传感器60天的信号衰降不超过5%。  6.电流型乙醇传感器用空心Pd球催化剂的研究  本工作中,通过简单的电化学置换反应法,以室温下可以大量合成的尺寸和形貌均匀的Cu2O纳米球为牺牲模板成功制备了空心Pd纳米球,并且从机理上证明了该方法的可行性。文中还对空心Pd纳米球对乙醇的电催化活性和稳定性进行了研究,发现相比于实心的Pd纳米粒子,空心Pd球对乙醇的催化有更好的活性和稳定性。以空心Pd纳米球为敏感材料组装的电流型乙醇传感器可以对0~48.5mM的乙醇给出良好的线性响应(R=0.9969),响应灵敏度可以达到130μAcm-2mM-1。  7.电流型乙炔传感器用Au/MWCNTs催化剂的研究  通过自组装法制备得到了多壁碳纳米管载金纳米粒子(Au/MWCNTs)催化剂,分别采用TEM,XRD,XPS,FTIR等方法对Au/MWCNTs进行表征。相比于Au纳米粒子以及炭黑载Au纳米粒子催化剂,Au/MWCNTS对乙炔有很高的电催化活性,其催化乙炔的起始氧化电位是0.73V,比单独使用金纳米粒子作催化剂时的起始氧化电位要低0.19V。最后,以Au/MWCNTs为敏感材料组装得到了电流型乙炔气体传感器,该传感器可以对很宽浓度范围(10~50ppm)的乙炔气体进行检测,该传感器的响应信号在300s内没有衰降,灵敏度可以高达80nAppm-1,响应时间小于25s。
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