钨酸铋/石墨烯功能纳米复合材料的制备及其光电化学传感应用研究

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光电化学(PEC)传感是近年建立起来的一种新型电化学分析方法,已在食品、生物和环境等领域受到了广泛的关注。其中设计和制备PEC性能优异的PEC活性材料是构建PEC传感平台的研究基础。本论文首先结合Bi2WO6和石墨烯基碳材料各自的优点,利用一步水热法分别制备了Bi2WO6/还原氧化石墨烯(Bi2WO6/rGO)和Bi2WO6/氮杂石墨烯量子点(Bi2WO6/NGQDs)纳米复合物。研究表明:石墨烯基碳材料的引入,有效改善了Bi2WO6单体的PEC活性和稳定性;以其所构建的传感平台实现了对目标物的灵敏PEC传感检测。此外,以制备的、PEC性能优异的Ag-TiO2/三维氮杂石墨烯水凝胶为载体,还构建了凝血酶PEC适配体传感平台。主要内容如下:1、以乙二醇为还原剂,采用一步水热法制备了一系列rGO掺杂量不同的Bi2WO6/rGO功能纳米复合物。研究发现,rGO的引入有效改善了Bi2WO6的PEC性能,其中2.94%的rGO掺杂量纳米复合物的PEC性能最优,其光电流强度是Bi2WO6单体的2.7倍。进一步以Bi2WO6/rGO为载体,通过戊二醛化学交联法固定G四连体,基于G四连体与Pb2+耦合导致其结构变化,降低了其催化H2O2活性,因而4-氯萘酚生物沉淀量减少,导致PEC信号增强的作用原理,构建了选择性识别Pb2+的PEC适配体传感器。该传感器的PEC强度与Pb2+浓度的对数值在0.0150μM范围内呈现良好的线性关系,检出限为3nM(S/N=3)。该传感器具有稳定性高和选择性好等特点,可用于Pb2+的灵敏快速检测。2、以制备的NGQDs为原料,通过水热法制备了Bi2WO6/NGQDs纳米复合材料,并采用谱学和镜学等表征手段证实NGQDs与Bi2WO6成功复合。研究发现,NGQDs可以有效提高Bi2WO6单体的导电性,从而增强其PEC响应。其中23.9%的NGQDs掺杂量纳米复合物PEC信号最强。由于氮原子的引入,其改善效果相对于rGO更为显著,该复合物的PEC强度可达到Bi2WO6单体的6倍。进一步基于Bi2WO6/NGQDs0.239优异的PEC性能和五氯苯酚(PCP)对PEC的抑制原理,构建了五氯苯酚PEC传感平台,对PCP的响应范围在0.2pM1 nM之间,检出限为0.06 pM(S/N=3)。3、采用一步水热法制备Ag-TiO2/三维氮杂石墨烯水凝胶,考察了其PEC性能。研究表明:3DNGH的引入能有效提高电荷传递效率,并且具有表面等离子共振特性的金属Ag的引入可以加速电子传递,增强其可见光吸收,导致Ag-TiO2/3DNGH的PEC响应值为TiO2单体的59.5倍。进一步以Ag-TiO2/3DNGH为光活性材料,通过巯基和纳米银之间共价键作用固定凝血酶适配体。基于凝血酶与适配体特异性结合,构建了快速、灵敏适配体检测凝血酶PEC平台。在0.0110pM范围内凝血酶浓度的对数与PEC响应值呈线性关系(线性相关系数R2=0.9832),检出限为3 fM(S/N=3)。
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