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化学修饰电极是在电极表面进行分子设计,通过物理化学方法将分子、离子、聚合物固定在电极表面,使电极具有某种特定的化学和电化学特性。随着纳米材料的问世及其特殊的物理化学性质,如表面效应、量子尺寸效应和空间隧道效应等,而被广泛应用于各种电化学修饰电极和生物传感器,丰富了电化学的电极材料,扩展了电化学的研究领域,推进其研究工作迈上一个更高的台阶。这种纳米界面的化学修饰电极,在能源、生命科学和环境分析等方面有重要的意义和广阔的应用前景。
本文以镍铬铁合金电极为基体,围绕这一课题开展了以下工作:
一.负载纳米Pt微粒的镍铬铁合金修饰电极通过电化学沉积在镍铬铁合金电极表面覆盖一层纳米Pt微粒膜,改变了基体电极的表面性质,研究了甲酸在此纳米Pt微粒修饰电极上的电化学行为。结果表明该电极对甲酸电氧化具有良好的催化活性,相同实验条件下,该电极的催化活性比商品Pt电极高50多倍,且大大减少了贵金属催化剂的消耗量。该电极易制备,使用寿命长,重现性好。
二.碳纳米管修饰的超薄碳糊电极利用碳纳米管独特的吸附性、电子特性及催化性和超薄碳糊电极的纳米界面特性,制成了固载Hb和Cytc的碳纳米管修饰的超薄碳糊电极,为生物传感器的研制奠定了基础。
1.使血红蛋白(Hb)吸附固定在碳纳米管修饰的超薄碳糊电极表面,制成稳定的固载Hb的超薄碳糊电极(Hb-SWNTs/ISTCPE),结果表明,Hb-SWNTs/ISTCP电极在pH=7.0的PBS缓冲溶液中有一对明显的循环伏安氧化还原峰,为Hb血红素辅基Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)电对的特征峰。该电极表面碳纳米管固载的Hb对H<,2>O<,2>的电还原有较高的催化活性。
2.使细胞色素C(Cytc)吸附固定在碳纳米管修饰的超薄碳糊电极表面,制成稳定的固载Cytc的超薄碳糊电极(Cytc-SWNTs/ISTCPE),该电极在pH=7.0的PBS缓冲溶液中有一对Cytc的循环伏安氧化还原峰。该电极对H<,2>O<,2>的电还原有较高的催化活性,并对多巴胺有较好的响应,电极制备简单,有良好的灵敏度和选择性。
三.碳纳米管复合聚吖啶橙膜修饰的超薄碳糊电极利用聚合物的分子识别和碳纳米管奇特的物理化学性质,制备了碳纳米管复合聚吖啶橙修饰电极(SWNTs-POAO/ISTCPE),该电极既具有纳米材料的特点,如纳米量级的厚度、较大的比表面积等,以及大π电子体系和大量的活性点位,成为反应物电荷传递的良好媒介,又具有导电聚合物的性能。在碳纳米管复合POAO聚合物表面,实现了DNA碱基对的同时测量。
结果表明,此纳米电极界面显著提高了测定嘌呤碱和嘧啶碱的灵敏度,嘌呤碱和嘧啶碱互不干扰测定,电极制备简单,可用于DNA碱基对的同时电化学测量。