基于金属氧化物/磷酸盐杂化结构的形貌控制在非酶电化学传感器中的应用
本论文探讨了基于金属氧化物/磷酸盐杂化结构的形貌控制在非酶电化学传感器中的应用。该研究的重点是开发低成本且高重复性的方法来精确调控复合催化剂形貌，从而提高它们的电化学性能和传感性能。该论文系统探究了不同催化剂形貌与电化学性能之间内在联系，有助于开发各种先进非酶电化学传感器，包括葡萄糖和H2O2传感器。相关研究工作总结如下： (1)设计了一种由三维Ni(OH)2纳米片包覆的万寿菊状ZnO微米花(mg-ZnO@Ni(OH)2NSs)新颖的杂化结构，并将其用于葡萄糖的非酶电化学传感。mg-ZnO和mg-ZnO@Ni(OH)2NSs的形貌演变可通过控制反应条件的一锅溶剂热法实现，不需要添加任何外部形貌控制的表面活性剂。进一步通过不同的谱学和显微表征技术系统评估了合成的mg-ZnO和mg-ZnO@Ni(OH)2NSs，并使用所设计的mg-ZnO@Ni(OH)2NSs催化剂，成功构建了一种实时监测葡萄糖的有效非酶传感方法。电化学测试表明，高度暴露的mg-ZnO均相纳米角与Ni(OH)2涂层的协同作用共同提高了所设计催化剂的电催化效率。值得注意的是，mg-ZnO@Ni(OH)2NSs修饰的玻碳电极为葡萄糖监测提供了优异的安培性能，包括较高的灵敏度（259.78μAmM?1cm?2）、较宽的线性范围（0.084mM至0.941mM和0.941mM至6.50mM）、较低的检测限（0.06μM，S/N=3）以及稳定性好和分析物选择性高等特点。因此，mg-ZnO@Ni(OH)2NSs基传感器所获得的独特形貌、化学和电化学方面的成果，为在人血清样本中实时葡萄糖检测的潜在适用性提供了方向。 (2)合成了基于碳掺杂和Ni(OH)2纳米膜包覆ZnO微球的独特核壳结构(NFs-Ni(OH)2/ZnO@CMBs)，并用于葡萄糖和过氧化氢(H2O2)的双功能监测。采用简便的溶热策略，通过控制反应条件和混合金属盐来实现所设计结构的独特球状形貌。ZnO@CMBs提供高导电核心，而Ni(OH)2纳米膜作为外壳增加了所设计结构中的催化活性位点密度。值得注意的是，乙醇胺为结构生长提供了重要的条件，并与乙二醇协同提供碳源，以提高核壳杂化结构的导电性。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和EDS元素面扫描揭示NFs-Ni(OH)2/ZnO@CMBs的典型形貌，并通过粉末X射线衍射(PXRD)、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)来确定其组成。循环伏安结果显示，这种NFs-Ni(OH)2/ZnO@CMBs新型核壳杂化物为葡萄糖氧化和H2O2还原提供了多功能电催化活性，具有优异理化性质以及电催化活性，为设计葡萄糖和H2O2多功能传感器提供了灵感。因此，传感器探针赋予了NFs-Ni(OH)2/ZnO@CMBs修饰电极优良的葡萄糖和H2O2安培响应性能，包括较宽的线性范围和较低的检测限。此外，这两种传感器对生物和环境样品中存在的常见干扰物都表现出较高的选择性。因此，这种新型双金属氧化物/氢氧化物核壳结构的开发，为设计催化剂在环境和生理样品中有效检测葡萄糖和H2O2的潜在应用开辟了一条新途径。 (3)设计了一种由磷酸镍纳米点负载的磷酸铜微米花(NDTsNi3(PO4)2@Cu3(PO4)2MF)双金属磷酸盐(BMP)异质结构。研究表明，Cu3(PO4)2微米花由垂直定向的3D纳米片(NSs)组成的相互连接良好的交叉网络构成，为电催化反应提供了大的表面积和有效途径。平均直径为1.75nm的超小型Ni3(PO4)2纳米点均匀分布在整个结构中，在所设计结构的表面提供了更多的活性中心。由于其独特的物理、化学和电化学特性，所制备的NDTsNi3(PO4)2@Cu2(PO4)2MFsBMP对葡萄糖传感表现出优异的电催化性能，包括极高的灵敏度（2197.119和206.111μAmM–1cm–2）、非常宽的线性检测范围(0.009-0.491mMamp;0.491-14.83mM)、极短的响应时间(＜1s)，以及在0.1MNaOH中，0.1V的极低工作电压下具有较低的检测限（0.06μM，S/N=3）。
非酶电化学传感器;金属氧化物;磷酸盐杂化结构;形貌控制
广西师范大学
博士
物理化学
樊友军
2023
中文
TP212.2
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）