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纳米材料化学修饰电极的制备及其在环境分析中的应用

时间：2022-09-27 07:48:09 其他范文收藏本文下载本文

纳米材料化学修饰电极的制备及其在环境分析中的应用（锦集5篇）由网友“Hera”投稿提供，下面是小编给大家带来关于纳米材料化学修饰电极的制备及其在环境分析中的应用，一起来看看吧，希望对您有所帮助。

篇1：纳米材料化学修饰电极的制备及其在环境分析中的应用

纳米材料化学修饰电极的制备及其在环境分析中的应用

摘要：化学修饰电极是当今电化学和电分析化学领域的一个热门研究课题，而纳米材料以其独特的物理、化学性质在分析化学中已得到了广泛的关注，二者结合产生的纳米材料化学修饰电极以其高灵敏度、高选择性和易于微型化等特点已在复杂环境体系分析、生物分析、药物分析、临床检测等诸多领域引起了研究者的极大兴趣。本文在提高化学修饰电极的稳定性和催化活性，拓宽其在电分析化学领域的实际应用方面具有一定价值。

关键词：化学修饰电极;纳米材料;环境分析

一、碳纳米管修饰电极

1. 化学修饰电极的制备与分类

化学修饰电极的制备是化学修饰电极的关键问题，制备过程中关于修饰方法、过程步骤、制备的优劣都对化学修饰电极有着重要的影响。我们按照化学修饰电极上面固定材料的类型可以将其分为单分子层、多分子层以及组合型等三大类. [1]其中多分子层以聚合物薄膜为主。电极表面的修饰方法按照修饰类型的不同可以分为共价键合法、吸附法和聚合法三类。但是通常情况下我们不会使用单一的方法，而是这几种方法组合使用完成对化学电极的修饰过程。

(1)共价键合型

我们实际生活中经常用到的固体电极如金属、金属氧化物以及石墨等等，表面存在着多种含氧基。我们可以对其进行氧化还原处理增加含氧基的数目，让其与修饰化合物进行共价键合反应，把特定的功能基团留在电极的表面上。共价键合法的修饰物固定比较牢靠，但是修饰过程复杂，并且修饰效果不高。

(2)吸附型

吸附法最常见的应用是单分子层修饰电极的制备，有时也用于制备多分子层修饰电极。

(3)聚合物型

聚合物型是利用一些聚合方法方法在电极表面形成修饰膜。其中电化学聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者还原反应在电极上产生自由基，然后再经过缩聚反应制备该薄膜。聚合物方法形成的薄膜稳定，厚度均匀并且可控。因此在薄膜制备中得到了广泛的应用。

2. 碳纳米管修饰电极类型

纳米材料表面覆盖着的是一层非晶层，该层没有短程序和长程序。由于原子的周围原子很少，产生了许多悬空键表现出极大地极性。具有相当高的催化效率，因此其是一种很好的修饰材料，并且具有极大的'潜力。现如今关于碳纳米管修饰材料的研究很热门。

鉴于碳纳米管的良好的电子特性，其进行化学反应时能很好地促进电子的迁移。关于单壁和多壁的纳米管都可以用来修饰电极和制备电极。其主要分为以下四种类型：

(1) 碳纳米管糊电极

Britto 在将碳纳米管调匀后导入到玻璃管中，并用导线引出，制备出来了碳糊电极。这是碳纳米管在点分析中的最早应用，随后牛津大学、清华大学等也相继制备出了各种糊电极应用于各个领域。[2]但是上述几种纳米管普遍存在着重复性较差、寿命较短等，虽然制备过程较为简单，但是应用受到限制。因此，人们开始便致力于应用更广泛的碳纳米管薄膜修饰。

(2)碳纳米管薄膜修饰电极

碳纳米管有着诸多上述优良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳纳米管薄膜修饰电极方面的应用。碳纳米管的不溶性表现为其几乎不溶于所有溶剂。我们在制备前需要将其进行超声分散得到悬浮体系。根据所用分散剂的不同我们分为以下几个体系：碳纳米管-有机溶剂分散体系、碳纳米管-硫酸分散体系和碳纳米管-表面活性剂分散体系。

二、碳纳米管修饰电极在环境分析中的应用

1.碳纳米管修饰电极测定环境中的重金属阳离子

环境中的重金属阳离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金属污染物，严重危害着人们的健康发育，因此对其检测是至关重要的。利用纳米管―石墨糊电极对水体进行测定，性能稳定，使用寿命长，是一种较好的选择。

2. 碳纳米管修饰电极测定环境中的阴离子及其化合物

存在于工业废水以及食物中的亚硝酸根离子对人来有致癌的危险，研究其相关测定方法具有重大意义。人们借助一种对NO2-具有高灵敏度高选择性的壳聚糖-碳纳米管修饰电极可直接富集和测定水样中的NO2-，检测效果较好。

3.碳纳米管修饰电极测定环境中有机污染物

为了测定水环境中的苯酚含量，我们采用多壁纳米管修饰电极对其进行测定。该修饰电极具有较强的吸附特性，苯酚存在着较强的富集效率。使得苯酚在修饰电极上的氧化峰电流显著增加进行测定。

三、展望

碳纳米管修饰电极是一类新兴的电极，在环境分析中有广阔的应用前景。如能进一步研究碳纳米管的分散剂，使碳管和分散剂的作用结合起来，利用吸附和键合作用于待测物质以提高对其测定的灵敏度，必将使碳纳米管修饰电极的应用产生一个新的飞跃。

参考文献：

[1] 姚佳良，彭红瑞，张志琨1纳米碳管的性质及应用技术[J]1青岛化工学院学报，，23(2)：39～43

[2] 王青，戴剑锋，李维学，等1碳纳米管的提纯及表征[J]兰州理工大学学报，，32(3)：157～160

篇2：纳米材料修饰电极在电分析中的应用

纳米材料修饰电极在电分析中的应用

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摘要：纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。本文就纳米材料修饰电极在电分析中的应用进行了探讨。

关键词：纳米材料应用修饰电极

一、引言

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等与本体材料不同的性质。

小尺寸效应表现为表面原子周围缺少相邻的原子，导致有许多悬空键，出现了不饱和的性质，因而随着纳米粒子中表面原子数的增加而出现活性表面。另外，具有较大比表面积的纳米电极材料(例如纳米颗粒、纳米孔、纳米线等)，有利于离子吸附、增加电极的有效反应面积，将其引入电化学中，可以大大提高修饰电极的灵敏度、重现性和稳定性等，这使得纳米材料以及其复合材料修饰电极成为一大研究热点。

二、纳米材料修饰电极表征及测定方法

电化学方法具有灵敏度高、快捷方便、操作简单等优点，常用的方法有循环伏安法、电化学交流阻抗、示差脉冲伏安法等。

2.1 循环伏安法

循环伏安法是最受欢迎的一种电化学方法。当纳米材料修饰电极薄膜形成以后，让其在探针离子中进行循环伏安扫描，通过循环伏安曲线电化学信号的.变化来判断修饰膜的电化学性质。由于Fe(CN)63?/4?具有灵敏的氧化还原性质，所以经常作为探针离子。

2.2 交流阻抗法

电化学交流阻抗技术通常用来表征修饰剂膜表面的电子传递行为，而且是获得电极反应动力学参数的有效手段。用交流阻抗技术不仅可以研究膜自身的电阻特性，也可以研究其对溶液和基底间电子传递的阻碍作用。

2.3 示差脉冲伏安法

在线性扫描伏安法的线性电位上再加上一个重复脉冲电压信号，解决了电极的背景电流大，氧化还原物质覆盖度较小给检测和研究电极表面修饰物带来困难等问题。根据检测物质不同的加入量与示差脉冲伏安法电流信号的关系来对未知样品进行定量检测。

三、金属氧化物纳米材料在修饰电极中的应用

金属氧化物纳米材料有高的比表面积和高的活性，所以它对外界的环境很敏感，环境的变化会引起表面电子运输的变化。利用这种特性，可研制出响应速度快、灵敏度高以及选择性好的各种电化学修饰电极。采用多种合成方法制备出不同形态的金属氧化物纳米材料，制备的修饰电极可用于环境、食品以及医疗等方面的检测。

3.1 修饰电极在环境监测方面的运用

已报道的金属氧化物纳米材料如Co3O4、SiO2、Fe3O4、 SiO-Al2O3、α-Fe2O3、介孔MgO 纳米片以及Bi2O3纳米粒子等用于环境中Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+等重金属离子的检测。除了水体中的重金属离子检测研究之外，修饰电极还用于邻苯二酚、苯酚等有机物和一氧化氮、二氧化氮等有害气体的检测。

3.2 修饰电极在食品检测方面的运用

近年来，由于环境污染、农兽药物残留超标、添加剂滥用等因素带来的食品安全问题引起人们的广泛关注。化学修饰电极作为一种安全、可靠的检测技术得到迅速发展。

Pardo等制备了用乙酰胆碱酶标记的CdS纳米粒子修饰电极对酶抑制剂进行检测，灵敏度高。Du等在MWCNTs表面沉积金纳米颗粒，与固定有酶的CdTe量子点结合，制备的修饰电极检测甲基对硫磷，检出限为1.0 μg /L。瞿万云等用纳米WO3制备碳糊电极检测食品中的苏丹红Ⅰ，发现纳米WO3修饰电极明显提高了苏丹红Ⅰ的氧化峰电流，线性范围宽，检出限低，也可用于辣椒及番茄酱等食品中苏丹红Ⅰ的检测。

廉园园等制备了CeO2修饰的碳糊电极对环境激素双酚A进行了检测，据此建立了塑料样品中BPA的线性扫描伏安法。Yu等制备了壳聚糖和Fe3O4复合材料修饰电极，用于双酚A的检测。Yin等将PAMAM-Fe3O4复合材料修饰电极用于牛奶中双酚A的检测，有一定的实际意义。

3.3 修饰电极在医疗方面的运用

由于具有快速、准确的优良性能，修饰电极也广泛应用于生物医学上，例如葡萄糖、胆固醇、多巴胺等生物大分子的检测。Junjie Fei等用二氧化钛修饰电极对痕量阿红霉素进行了测定，并消除了尿酸、抗坏血酸、黄嘌呤等小生物分子的干扰，方法灵敏度高，电极稳定性好。Huanshun Yin等用纳米三氧化二铁与石墨烯和壳聚糖结合修饰玻碳电极对鸟嘌呤进行了循环伏安测定，线性范围宽、稳定性好。

四、碳纳米材料在修饰电极中的应用

除了金属氧化物修饰电极外，新型碳纳米材料(碳纳米管、碳纳米纤维以及石墨烯等)也是修饰电极材料的研究重点。大的比表面积、高的电导率及表面反应活性等导致碳纳米材料吸附能力增强、表面的活性位点增加、催化效率提高。

Salimi等制备了吸附过氧化氢酶的MWCNTs修饰电极，结果表明此修饰电极对氧和过氧化氢的还原表现出显著的电催化活性。Fangxin Hu用石墨烯-多壁碳纳米管(RGO-MWNTs)混合材料修饰电极对邻苯二酚(CC)、对苯二酚(HQ)、对甲苯酚(PC)以及亚硝酸盐(NO2-)同时进行检测，循环伏安图中出现了四个明显的分离峰，线性范围分别为5.5-540.0 μM、8.0-391.0 μM、5.0-430.0μM 和75.0-6060.0 μM。

Cun Wang等以非共价键的Fe(III)-卟啉改性后功能化的碳纳米管为修饰剂，能同时对抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)以及亚硝酸盐(NO2-)进行检测，并用标准加入法对尿道、血清等样品进行检测，结果令人满意。

五、结语

纳米材料的优良特性决定了其在修饰电极方面的广泛应用，尤其是碳纳米管及金属纳米材料。因此碳材料及金属纳米复合材料通常用于多物质的同时检测，电极稳定性好、灵敏度高。本文就纳米材料修饰电极在电分析中的应用进行了探讨。

参考文献：

[1]王亚珍，陈飞，吴天奎.nano-TiO2修饰金电极对 NO2-的电化学检测[J].江汉大学学报：自然科学版，，33(4)：26-28.

篇3：荧光化学传感器的制备及其在环境分析监测中的应用

荧光化学传感器的制备及其在环境分析监测中的应用

摘要：随着荧光分析技术和传感技术的发展,荧光化学传感器已经成为一种重要的连续分析测量装置.它具有很高的选择性和灵敏度,可以实现对pH、溶解氧、含氮化合物、有毒害重金属离子、有机污染物进行实时和在线测定,因此在环境分析监测方面具有广泛的.应用前景.简要介绍了荧光化学传感器的原理、制备及分类,综述了近年来荧光化学传感器的发展及其在环境分析监测中的最新研究成果,并探讨了荧光化学传感器在环境分析监测领域的应用前景和发展方向.作者：高攀峰曾光明牛承岗汤琳 Gao Panfeng Zeng Guangming Niu Chenggang Tang Lin 作者单位：高攀峰,Gao Panfeng(湖南大学环境科学与工程学院,湖南,长沙,410082;武汉科技大学中南分校生命科学学院,湖北,武汉,430223)

曾光明,牛承岗,汤琳,Zeng Guangming,Niu Chenggang,Tang Lin(湖南大学环境科学与工程学院,湖南,长沙,410082)

期刊：环境污染与防治 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL POLLUTION & CONTROL 年，卷(期)：, 28(11) 分类号：X8 关键词：荧光化学传感器环境分析监测