基于聚合物薄膜及柔性碳布的亚硝酸盐电化学传感器的研究

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亚硝酸盐是环境和生物循环中重要的一部分,它是血液渗透二氧化氮的重要来源,同时也能够抑制细菌的滋生,且常被作为食品添加剂、抑制剂、肥料等。但如果人体摄入亚硝酸盐过多,会造成严重危害,其表现主要有两方面:(1)亚硝酸盐在血液中能够与血红蛋白结合,产生高铁血红蛋白,使红细胞失去携氧的功能,皮肤表面一般会出现青紫症状,严重的甚至可能会造成生命危险;(2)亚硝酸盐能够在胃里面形成强致癌的亚硝胺。它的浓度亦被认为是重要的水质参数。到目前为止,针对亚硝酸盐检测,已经开发了多种检测方法,如色谱法、分光光度法、化学发光法、毛细管电泳法等。然而,这些方法具有操作繁琐、体积大、价格昂贵、检测速度慢、灵敏度低等缺点,因此在实际应用中,开发制备简单、成本低、灵敏度高、易于微型化的电化学传感方法显得尤为重要。
  玻碳电极(GCE)是目前应用最为广泛地的工作电极,但其预处理过程繁琐且耗时,氧化铟锡(ITO)虽然可以作为GCE的替代品,但其生产成本昂贵。因此开发一种高效、简便的新型工作电极来替代GCE和ITO是至关重要的。
  聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为一种新型的电极材料,由于其高导电性和高催化活性等优点而备受研究者们的关注。研究者们发现PEDOT:PSS具有廉价、可溶液加工、化学稳定、导电、柔韧和透明的特点,这些优异的性能为使其成为电化学装置提供了巨大的潜力。
  碳布(CC)是一种高导电碳材料,用其作为骨架支持质子化氮化碳(H-C3N4)和其中三维(3D)大孔骨架不仅可以充分暴露电活性位点。另外与传统的致密电极相比CC独特的结构也有利于CC与活性材料之间的有效质量和电荷转移。同时3D碳骨架的限制作用可以防止纳米材料的粉碎和聚集。CC还有一个独到的特点是具备柔韧性,以H-C3N4和CC为模型,由此制备出来的传感器具有出色的柔韧性以及高导电性。
  因此,本文第二章将构建以PEDOT:PSS为基底的薄膜传感器,第三章将构建以CC为基底的柔性传感器,这两种基底在经过具有高催化活性的纳米银(Ag)功能化之后得到两种新型传感器。Ag-CSA-PEDOT:PSS和Ag/H-C3N4/CC对于亚硝酸盐的氧化呈现出强化的电催化活性,在应用电势+0.95V和+0.84V下,构建的传感器具备高灵敏度(0.03639μA/(μmol·L-1·cm2)、0.85537μA/(μmol·L-1·mg))和低检测限0.153、0.216μmol?L-1。两种纳米复合材料对于一些常见的无机物以及有机物表现出很好的抗干扰性。此外,它们还拥有优异的可重复性、重现性和长期稳定性。对于亚硝酸盐具有很好的电催化效果表明这两种材料在亚硝酸盐领域是极有前景的材料。
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