基于PEDOT电化学传感器的构建及其对三种酚类有机物的电化学传感性能

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酚类化合物(phenolic compounds)是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物,广泛应用于冶金、机械制造、石油化工、化学有机合成工业、塑料、医药、农药等领域。由于酚类化合物用途广泛,并且具有一定强度的化学毒性,对于环境安全与人体健康构成一定危害。因此,酚类有机污染物被许多国家与地区列为优先污染物,而开发一种高效快速、方便实用的监测方法就显得尤为必要。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)作为目前导电高分子家族中的明星分子,具有高导电性、良好的环境稳定性以及生物兼容性等优点,在包括电化学传感器在内的多个领域引起广泛关注。本论文基于导电高分子PEDOT构建电化学传感器并成功应用于三种酚类有机物的检测分析。(1)通过原位聚合法将EDOT单体化学氧化聚合于锆系金属有机框架材料Ui O-66-NH2上,再将核壳结构的Ui O-66-NH2@PEDOT组装于三维网络状结构的石墨烯气凝胶(GA)上,复合材料构建的Ui O-66-NH2@PEDOT/GA电极成功用于4-氯-3-甲基酚(PCMC)的检测。基于复合材料Ui O-66-NH2@PEDOT/GA修饰的电极对PCMC表现出良好的传感检测性能,在最优条件下,Ui O-66-NH2@PEDOT/GA复合材料修饰电极对PCMC在0.6-18μM的浓度范围内表现出良好的线性关系,检测限为0.2μM。同时,该电化学传感器具有好的重现性、稳定性以及较高灵敏度,并被成功应用于自来水中PCMC的检测。(2)将聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)分散液与二甲基亚砜(DMSO)超声混合,通过真空抽滤的方法,制备得到PEDOT:PSS/DMSO薄膜。利用上述薄膜构建PEDOT:PSS/DMSO柔性电极,对叔丁基对苯二酚(TBHQ)进行电化学检测。采用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见光谱以及一系列电化学测试对PEDOT:PSS/DMSO柔性电极的性能进行分析与表征。采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加快电极-电解质界面的传质过程,增强该柔性电极表面TBHQ的吸附量。优化实验条件后,PEDOT:PSS/DMSO柔性电极对TBHQ表现出良好的检测性能,在0.5-200μM的浓度范围内表现出良好的线性关系,其检测限为0.15μM,且其被成功地应用于实际样品中TBHQ的检测。(3)通过搅拌超声处理,将PEDOT:PSS与硫酸水溶液混合,经水热法制备得到PEDOT:PSS水凝胶前驱体。再将多壁碳纳米管(MWCNTs)悬浮液注射入上述水凝胶前驱体,经冷冻干燥制备得到PEDOT:PSS/MWCNTs气凝胶复合材料。使用扫描电镜、拉曼光谱以及电化学方法PEDOT:PSS/MWCNTs气凝胶复合材料进行表征。该复合材料作为电极修饰材料,在最优条件下,对2,4-二氯酚(2,4-DCP)的检测表现出较宽的线性范围(0.008-15μM)以及低的检测限(1 n M),并被成功地应用于自来水中2,4-DCP的检测。
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