石墨烯掺杂碳印刷阵列电极的制作及其应用研究

【摘要】石墨烯(Graphene)是由单层碳原子六方堆积而成的二维碳材料,具有良好的导电性能、大的比表面积和生物相容性,因而对一些特定电对及底物具有较高的电催化性能,已经被广泛用于电化学分析研究中。已报道的石墨烯修饰电极,主要是将石墨烯分散液通过滴涂、包埋、吸附和共价键合等方法修饰于电极表面后用于电化学检测。滴涂、包埋和吸附在电极上的石墨烯容易发生脱落,稳定性和重现性差,而且在应用于尺寸较小的阵列电极时,修饰比较困难。共价键合修饰的石墨烯虽然牢固,但是其修饰程序复杂、费时,因此,寻找一种简单、方便、牢固的石墨烯修饰电极方法具有十分重要的意义。本文的研究目的是将石墨烯与碳浆混合,采用手工丝网印刷技术,获得石墨烯掺杂碳印刷阵列电极。以此阵列电极作为基础电极,结合双恒电位仪,建立同时检测多种药物小分子的电化学分析技术,为石墨烯掺杂碳印刷阵列电极在电化学生物传感器领域的应用奠定一定的基础。本论文研究工作是在国家自然科学基金委青年基金项目“阵列电化学适体传感器的研究”(编号21005003)项目的资助下完成的。本论文由三章组成。第一章综述。详细介绍了石墨烯的制备方法和石墨烯在电化学分析领域的应用,简单介绍了丝网印刷阵列电极的应用进展。第二章氧化石墨和石墨烯的制备。以高纯进口鳞片石墨为原料,采用Hummers法及Hummers改进法合成了氧化石墨,通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、拉曼光谱(Raman)等技术考察了两种氧化方法对制备氧化石墨的影响。实验结果证明,采用Hummers改进法合成的氧化石墨含氧官能团更多,层间距可达0.790nm左右,氧化程度更高。再以Hummers改进法合成的氧化石墨为原料,通过化学和电化学还原法还原氧化石墨烯制备了石墨烯,通过SEM、FT-IR、UV-vis、Raman、XRD和电化学技术等对两种方法获得的石墨烯的形貌、结构和电化学性能进行了考察。研究表明,用化学还原法和电化学还原法还原氧化石墨烯获得的石墨烯均具有良好的电化学性能,均能够实现多种药物小分子的同时检测。化学还原法对氧化石墨烯还原的更彻底,电化学性能更好,但是获得的石墨烯颗粒较大,容易发生团聚,且制备过程复杂、耗时；电化学法还原氧化石墨烯同样具有良好的电化学特性,且制备方法简单、方便,获得的石墨烯不易团聚,缺点制备量少。第三章建立了一种简便、价格低廉的石墨烯掺杂碳印刷阵列电极制作方法。在第二章工作基础上,采用化学法还原氧化石墨烯获得的石墨烯按3.3%与碳浆混合,将掩膜模板法和丝网印刷技术结合制作了石墨烯掺杂碳印刷阵列电极,采用电化学技术优化了石墨烯的掺入量,对制作的石墨烯掺杂碳印刷电极进行了表征。以石墨烯掺杂碳阵列电极作为基础电极,实现了抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时测定,建立了能够同时测定对苯二酚、邻苯二酚和间苯二酚三种苯二酚异构体的电化学分析方法,所建立的方法提高了苯二酚异构体同时检测的选择性和灵敏度。
【作者】李金霞；
【导师】彭亚鸽；
【作者基本信息】宁夏大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】氧化石墨烯；石墨烯；阵列电极；电化学分析；

【参考文献】
[1]邹义萍.北美冬青快繁技术研究[D].中南林业科技大学,森林培育,2014,硕士.
[2]肖园园.大学英语四级考试对不同学术背景和不同性别学生的项目功能差异研究[D].广东外语外贸大学,外语教学技术与评估,2013,硕士.
[3]刘元,刘鸿.氮掺杂石墨烯阴极催化剂在微生物燃料电池持续产电过程中的应用[A].中国化学会应用化学学科委员会水处理化学理事会.第12届全国水处理化学大会暨学术研讨会摘要集[C].中国化学会应用化学学科委员会水处理化学理事会:,2014:1.
[4]范筠.水晶中固体包裹体的特征及其内含金红石的地球化学分析[D].中国地质大学（北京）,宝石学,2014,硕士.
[5]张世伟.无线传感器网络分簇路由算法研究[D].河南科技大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[6]杨雷,席酉民.信号检测对二分群体决策的模拟[J].控制与决策,1998,01:13-18.
[7]邱杨.小白菜耐盐性的遗传分析与耐盐相关基因的差异表达研究[D].中国农业科学院,蔬菜学,2004,硕士.
[8]黄洪泽.沙漠区地震勘探方法分析[J].石油地球物理勘探,1983,01:48-56.
[9]黄党志.基于Ising模型的QR码加密算法的设计与实现[D].重庆大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[10]张剑慧.现实主义的光辉[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[11]杜宇.独贵塔拉工业园区发展战略研究[D].内蒙古大学,工商管理,2013,硕士.
[12]李博通,李永丽,胡宇,李伟刚.基于故障区域识别的超高压混联线路故障测距算法[J].电力系统自动化,2013,05:93-98.
[13]史维维.创业板上市公司研发投入与企业绩效的实证研究[D].安徽大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[14]郭广行,阴桂梅.基于XML的Web数据挖掘探讨[J].太原师范学院学报(自然科学版),2003,01:27-30.
[15]陈友宝,周斌杰,钟光祥,夏春年.一锅法合成乙酰化羟基肉桂酸衍生物[J].浙江化工,2014,07:23-26.
[16]李响.红宝石红色色貌预测影响因素的研究[D].中国地质大学（北京）,宝石学,2013,硕士.
[17]杨正.冠心病慢性心力衰竭中医证候与血浆GDF-15、TGF-β1水平的相关性研究[D].北京中医药大学,中医学,2013,硕士.
[18]杨向荣,沈钧毅,刘强.基于人工免疫原理的NIDS系统和有关算法设计[J].小型微型计算机系统,2004,03:380-383.
[19]施铭铭.温州市区公共停车设施发展与规划政策研究[D].浙江大学,建筑与土木工程（专业学位）,2012,硕士.
[20]官登.装载机三参数自动换挡规律及电控系统研究[D].厦门大学,机械工程,2014,硕士.
[21]孙伟.组合体系拱桥的受力性能分析[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[22]李晓飞.基于视觉的船舶跟踪与三维定位技术研究与应用[D].广东工业大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[23]张波.迪爱生公司窄幅卷筒油墨项目中国市场拓展方案研究[D].兰州大学,营销管理（专业学位）,2014,硕士.
[24]杨冬寅.菊花生长素响应蛋白Aux/IAA编码基因CmIAA1的克隆及功能鉴定[D].南京农业大学,园林植物与观赏园艺,2012,硕士.
[25]胡晨曦.应用HSV-TK系统，研究ATRA和VSV-G对耐药AML细胞的杀伤作用[D].苏州大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[26]陈帝尧.直列式多喷头静电纺丝系统关键技术设计与分析[D].南京理工大学,兵器工程,2013,硕士.
[27]狄天宁.嗅鞘细胞与生物工程支架肌基膜管间组织相容性研究[D].兰州大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[28]赵猛.基于静电方法的火电厂煤粉参数测量研究[D].天津大学,控制工程,2013,硕士.
[29]刘兴银.不同自尊水平者注意偏向的时间进程特点研究[D].曲阜师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[30]柏惺峰.有机硅化合物导向或调控的钯催化有机合成反应研究[D].杭州师范大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[31]顾昕.新型无熟料碱渣固化剂研制及其固化土力学性能试验研究[D].上海大学,结构工程,2014,硕士.
[32]谢双乐.海铁联运对港口腹地的影响研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[33]崔丽丽.从泰勒制看普通高中应试教育的问题及对策研究[D].河北师范大学,教育管理,2014,硕士.
[34]孟凤熙.成纤维细胞直接转分化为神经元和视网膜神经节样细胞的研究[D].复旦大学,眼科学,2013,博士.
[35]白争锋.考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D].哈尔滨工业大学,2011.
[36]张宏如.大学生价值观现状与学习适应性关系研究[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2004,硕士.
[37]宋玢.包头中心城区空间形态的演变与发展研究[D].西安建筑科技大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[38]李友善.脉冲调宽系统的状态转移分析[J].自动化学报,1986,04:391-396.
[39]杜学芸.液压支架立柱化学镀Ni-P基防护体系研究[D].辽宁工程技术大学,材料加工工程,2012,硕士.
[40]许旺.鲤科大吻鱥属鱼类的分子系统发育关系与我国东部地区冷水性淡水鱼类的亲缘生物地理[D].复旦大学,生态学,2013,博士.
[41]李康.基于多元统计的注塑成型过程监测与故障诊断平台[D].东北大学,控制理论与控制工程,2011,硕士.
[42]刘文静.进水氨氮浓度对同步脱氮除硫的影响试验研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[43]李永思.职场小说中的生存焦虑和人性异化[D].杭州师范大学,文艺学,2013,硕士.
[44]杨旭.王朝入室抢劫案的法理研究[D].河北大学,法律,2014,硕士.
[45]庞强.CGL连续退火炉的典型控制[J].冶金自动化,1997,01:21-23.
[46]贠艳霞.经理人薪酬构成要素及影响因素的博弈分析[D].南京农业大学,应用数学,2011,硕士.
[47]叶荷梅.产品说明的翻译准确性探讨[D].福建师范大学,英语笔译（专业学位）,2012,硕士.
[48]兰小云.教育市场分析及其营销策略探究[D].华东师范大学,比较教育学,2004,硕士.
[49]刘晓光.非光滑图像恢复算法的研究[D].陕西师范大学,基础数学,2014,博士.
[50]孙有发,陈世权,吴今培,刘永清,马强,张超.一种基于模糊遗传神经网络的信息融合技术及其应用[J].控制与决策,2001,S1:717-720.