关键词:
电化学检测
铈基纳米复合材料
炭黑
双酚A
5-羟基色胺
土霉素
摘要:
铈元素是稀土元素中最丰富的元素(约占地壳的0.0046%),目前被应用于许多领域,如磁学、磷粉、合金和催化等。铈主要以双氧化态形式存在,即Ce和Ce。Ce被认为是更稳定的状态,并与其他氧化态(Ce)共存。而正是由于Ce和Ce存在双价态,铈基材料具有氧化还原性质。铈材料已经被合成许多不同的形态、形状和尺寸。铈基纳米材料结构的催化和传感能力高度依赖于其形貌,可以通过修改纳米结构的尺寸和形貌来提高其催化性能,从而开发出具有优良性能的传感器。纳米氧化铈(CeO)的特征在于其表面存在的大量缺陷,从而产生氧空位,可以作为表面活性催化位点。但是合成过程中容易团聚,分散不均匀等原因会造成活性位点堵塞。金属有机框架(MOFs)具有可调节的孔隙规模、大的表面积和良好的热稳定性,可用于分析检测。但其导电性较差,电子转移速度慢,限制了MOFs在电催化应用中的使用。为了克服这些缺点,将MOFs与其他功能材料相结合制备MOFs基复合材料成为一种可行的方法。炭黑(CB)因具有良好的导电性能和大的比表面积,它的存在可以大大地加快电子转移速率,结合MOFs的大比表面积和催化特性,有助于提高电化学检测的灵敏度。本文主要开展铈基纳米复合材料的合成以及其在电分析化学中的应用研究,具体的研究内容主要分为下面三个部分:一、CeO-CB纳米复合材料的合成以及其对双酚A(BPA)的电化学检测本工作采用水热法生成CeO纳米粒子,制备了一种基于CeO-CB纳米复合材料的新型电化学传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光谱(EDS),ZATA电势等手段对CeO-CB纳米复合材料进行了表征。利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗谱(EIS)等电化学技术,将CeO-CB修饰的玻碳电极(CeO-CB/GCE)传感器有效地用于双酚A(BPA)的检测。测得的电流信号与BPA的浓度在0.1~500μmol·L的范围内呈线性关系,该方法的检测限为0.08μmol·L(S/N=3)。同时对CeO-CB/GCE的稳定性、选择性和重现性进行了评价。应用此方法对实际样品进行检测,回收率良好(97.2~103%),表明CeO-CB/GCE的传感器对BPA的响应较好,具有一定应用前景。二、Ce-MOF-CB纳米复合材料的合成及其对5-羟基色胺(5-HT)电化学检测制备了一种Ce-MOF-CB纳米复合材料,将其修饰于玻碳电极(GCE)实现对5-羟基色胺(5-HT)的电化学传感。通过SEM,EDS和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对Ce-MOF-CB纳米复合材料进行了表征。利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗谱(EIS)等电化学技术,研究了Ce-MOF-CB/GCE的电化学性能。结果表明,Ce-MOF-CB纳米复合材料对5-HT的电化学检测具有良好的电催化活性。在0.0677μmol·L~10μmol·L的范围内,峰电流与5-HT的浓度呈线性关系。检测限为0.01μmol·L(S/N=3)。研究了Ce-MOF-CB/GCE的稳定性、选择性和重现性。实现了对实际样品尿液中5-HT的检测,回收率良好(97.2~101.1%)。三、HAP@Ce-MOFs-CB纳米复合材料的合成及其对土霉素(OTC)电化学检测本工作采用三步合成法,制备了一种HAP@Ce-MOFs-CB纳米复合材料。成功实现对土霉素(OTC)的电化学检测。通过SEM对HAP@Ce-MOFs-CB纳米复合材料进行了表征。利用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗谱(EIS)等电化学技术,将HAP@Ce-MOFs-CB传感器有效地用于OTC的检测。电化学研究结果表明,HAP@MOFs-CB纳米复合材料对OTC的检测具有良好的电催化性能。在0.0088~10μmol·L的线性范围内,方法的检测限为4 nmol·L(S/N=3)。对HAP@Ce-MOFs-CB修饰电极的的稳定性、选择性和重现性进行了探讨。此外,实现了对实际样品的检测,回收率(95.6~101.1%)。