石墨烯修饰的碳纤维微电极的制备及其在电化学传感器中的应用.pdf

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1、石墨烯修饰的碳纤维微电极的制备及其在电化学传感器中的应用白杰2015年1月石墨烯修饰的碳纤维微电极的制备及其在电化学传感器中的应用作者姓名白杰学院名称化学学院指导教师张慧敏教授答辩委员会主席齐美玲教授申请学位理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Graphene-modifiedcarbonfibermicroelectrode:electrochemicalpreparationandapplicationsinelectrochemicalsensorsCandidateName：JieBaiSchoolorDepartment:ChemistryFacu

2、ltyMentor:Prof.HuiminZhangChair,ThesisCommittee：Prof.MeilingQiDegreeApplied:MasterofScienceMajor：ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一

3、同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要石墨烯以其优异的导电性、超大的比表面积、良好的生物相容性而在电化学领域有着广泛的应用。将石墨烯引入到碳纤维表面而制成石墨烯修饰的微电极不但可以增大电极的比表面积，而且可以利用石墨烯自身的电催化性质，从而改善微电极的电化学性能。同时，为了证明这个微电极作为制备电化学传感器的基底的普适性，在其上再修饰其他材料来制成基于微电极的电化学传感器的研究也是很有意义的。基于以上观点，本文共分为两个部分。1．通过电沉积的方法在碳纤维表面修饰一层石墨烯膜，通过改变沉积时间可以控制石墨烯的修饰量，并研究

4、了制备过程中石墨烯层的结构变化。然后将制备的石墨烯修饰的碳纤维（GCF）制成石墨烯修饰的碳纤维微电极（GCFME），研究发现其对多巴胺氧化有良好的电催化效应，随后利用微分脉冲伏安法对多巴胺（DA）进行检测，在当DA浓度在1.0μM~100.0μM之间，DA的氧化峰电流与DA的浓-1度呈线性关系，检测灵敏度为0.81nAμM，检测限为0.5μM。2．利用浸泡法在GCF上引入血红蛋白（Hb）分子，制成Hb/GCFME电化学传感器。Hb在GCFME上保持良好的生物活性以及对底物H2O2的电催化性质。我们利用计时电流法对H2O2进行检测。当H2O2的浓度在8.0~214.0μM之间，还原电流与app

5、H2O2的浓度呈线性关系，检测限为2.0μM，表观Michaelis-Menten常数Km为0.08mM。随后我们又在GCF上成功引入酶、复盐、导电高分子、金属纳米粒子等不同类型的材料，这些材料在GCFME上均能表现出自身的电化学活性，说明GCF可以像玻碳电极一样作为一个普遍适用的基底，应用于微型电化学传感器的制备中。关键词：碳纤维、电沉积、石墨烯、微电极、电化学传感器IAbstractGraphene,asatwo-dimensionalmonolayercarbonmaterial,hasbeenwidelyusedinthefieldofelectrochemistryinrecent

6、yearsduetoitsextraordinarypropertiessuchasexcellentelectricalconductivity,largespecificsurfaceareaandgoodbiocompatibility.Comparedwithcarbonfibermicroelectrode,graphenemodifiedcarbonfibermicroelectrodepossesseslargerspecificsurfaceareaandexcellentelectrochemicalcatalysiswhichiscausedbytheintroduced

7、graphene.TotestifythefeasibilityofGCFasamatrixlikeconventionalcarbonglassyelectrodeforthepreparationofelectrochemicalsensors,itissignificanttoinvestigatetheelectrochemicalsensorsbasedonGCFcomposite.Fromthea