铋基纳米材料的制备与电化学传感性能研究

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1、？？一？？Ｔ－－、、．论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：１５０２０１２龜淡基科孩大ｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ铋基纳米材料的制备与电化学传感性能研究郭凯指导教师姓名：刘辉教授学科名称：材料物理与化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：铋基纳米材料的制备与电化学传感性能研究学科门类

2、：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：郭凯导师：刘辉教授2018年5月FabricationsofBismuth-BasedNanomaterialswithimprovedElectrochemicalSensingPerformanceAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceBy

3、KaiGuoSupervisor:Prof.HuiLiuMay2018铋基纳米材料的制备与电化学传感性能研究摘要近年来，第三代生物传感器（直接电化学生物传感器）越来越受到广大研究者的关注。它的出现成功的解决了早期生物传感器存在单个媒介体在溶解时易流失的问题，延长了传感器的使用周期，一定程度上缩短了酶蛋白与电极之间的电荷传输距离，使得蛋白质内部电活性中心得以更好的暴露，同时蛋白质可以维持较好的生物活性。纳米技术的发展为蛋白质直接电化学的研究提供了新思路，由于纳米材料具有较好的生物亲和性，大的比表面积以及一定条件下高催化活性，为开发性能优

4、异的生物传感器提供了很有价值的潜在前景。本论文采用便易操作的水热、溶剂热实验方法，成功的制备了以铋元素为基体形貌可控的多种铋基纳米材料直接电化学生物传感器，成功实现了对过氧化氢的检测。实验过程中，不断优化实验条件，采取以复合和自掺杂的方式一定程度上实现了其电化学性能的提升。具体的研究内容如下：（1）采用了简单的一步水热的方法成功制备了三维花状钨酸铋微球（3D-Bi2WO6MSs），并将其用于辣根过氧化物酶（HRP）的固载成功制备了一种可用于检测过氧化氢直接电化学生物传感器。光谱分析表明3D-Bi2WO6MSs是一种可以实现蛋白质固定化

5、且具有优异生物相容性的材料基质。与此同时，由于具有特殊的三维花状结构可以固定更多的蛋白质分子，增加了有效碰撞的次数，并使得蛋白质活性中心更好的铺展。使得它对H2O2的检测拥有一个较优异的表现，它具有较宽的检测范围：包括两个部22分0.5~100μM(R=0.9983)和100~250μM(R=0.9981)，同时还具有一个较低的检测限（0.18μM）。（2）采用一个简易的溶剂热过程成功合成中空BiOBr纳米微球，将其与还原氧化石墨烯复合（H-BiOBr-rGOMS），并将其用于血红蛋白（Hb）的固载成功制备了一种可用于检测过氧化氢直接

6、电化学生物传感器。由于修饰电极材料的特殊的结构，血红蛋白与电极之间的直接电子转移得到了极大的促进，因而所制备的电化学生物传感器在双氧水的检测方面表现出较好的电化学传感性能——宽线性范围（0.1~420μM），和极低的检测限度（0.02μM）。4+（3）采用了简单的一步水热的方法成功制备了哑铃状V自掺杂钒酸4+铋（V-BiVO4）纳米材料，并将其用于血红蛋白（Hb）的固载成功制备了II一种可用于检测过氧化氢直接电化学生物传感器。光谱分析以及电化学结果4+表明这种哑铃状V-BiVO4纳米材料是一种可以实现蛋白质固定化且具有优异生物相容性的

7、材料基质。与此同时，由于自组装纳米粒子的在改性过程中得变小，使得其本身的比表面积得到了进一步的提升，增加了蛋白质在表面的固定化效率，增强了传感器本身的电化学性能。制备的生物传感器对于H2O2的检测拥有一个优异的表现，具有较宽的检测范围：0.1~382μM2(R=0.9981)，和一个较低的检测限度（0.05μM）。关键词：纳米材料，酶蛋白，生物传感器，直接电子转移FabricationsofBismuth-BasedNanomaterialswithimprovedElectrochemicalSensingPerformanceAB

8、STRACTInrecentyears,thethirdgenerationbiosensor(directelectrochemicalbiosensor)hasattractedmoreandmoreresearch