论文总字数：18583字

摘 要

碳纳米管(Carbon nanotubes)，是一种一维量子材料,并具有特殊结构。石墨烯（Graphene）是只有一层原子厚度且以碳原子为基础形成的二维晶体。石墨烯与碳纳米管具有独特结构，其结构决定了它们具有许多特殊的物理和化学性质。石墨烯和碳纳米管都具有相对比较大的比表面积和相对较好的生物相溶性，这两种性质促使它们有助于电化学传感器的构建，而且也可以看出具有较大的潜在应用前景。本文主要讨论利用循环伏安法与差分脉冲伏安法，以石墨烯和碳纳米管作为原材料及其他修饰物来共同修饰电极，再对其进行电化学特性的研究。采用滴涂法和电沉积法修饰玻碳电极，构建成一个电化学传感器，再进行多巴胺/尿酸溶液检测，为后续利用碳纳米管与石墨烯构建电化学传感器等应用提供参考。本论文通过不同修饰物与碳纳米管混合，滴涂在电极上，运用循环伏安法检测其峰值，发现最佳检测结果是碳纳米管，壳聚糖和离子液体（1-羟乙基-3-甲基咪唑四氧硼酸盐）混合溶液。本论文随后石墨烯通过电沉积方法，进行检测多巴胺和尿酸溶液。最后本论文选用最佳方法构建了多巴胺和尿酸检测的电化学传感器，在多巴胺的浓度为0.06-0.21mmol/L，尿酸的浓度为0.14-0.49mmol/L范围内呈较好的线性关系。

关键词：石墨烯 碳纳米管 电化学检测 多巴胺 尿酸

The detection of organic acids with Graphene / Carbon Nanotube

Abstract

Carbon nanotubes are a one-dimensional quantum materials with special structure . Graphene is composed of carbon atoms and only one atom thick two-dimensional crystal . The unique structure of graphene and carbon nanotubes determines that they have many special physical and chemical properties.Because graphene and carbon nanotubes have a large surface area and good biocompatibility.They have potential applications in the construction of the electrochemical sensor . The article focuses on the use of cyclic voltammetry(CV),differential pulse voltammetry(DPV) ,as graphene and carbon nanotubes for a raw material and other modifications to the modified electrode , study their electrochemical properties. Using the dispensing method and electrodeposition method modified electrode,we constructed electrochemical sensor, and performed to detect dopamine and uric acid solution, to provide a reference for subsequent use of carbon nanotubes and graphene application of electrochemical sensors constructed. In this article, by mixing carbon nanotubes with different modifications, we dispensed onto the electrode，and used cyclic voltammetry to detect its peak, we found that the best test results are carbon nanotubes, chitosan and an ionic liquid (1-hydroxyethyl-3-methyl-imidazole four oxygen borate) mixed solution. Then the Articles made graphene adsorbed on electrodes to detect dopamine and uric acid solution by electrodeposition method.Finally,this Articles choose the best way to build the detection of dopamine and uric acid electrochemical sensors, When the dopamine concentration is within the range of 0.06-0.21, uric acid concentration is within the range of 0.14-0.49, Peak and concentration has a good linear relationship.

Keywords: Graphene;Carbon nanotubes;electrochemical detection;dopamine;uric acid

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 石墨烯及碳纳米管概述 1

1.1.1 石墨烯概述 1

1.1.2 碳纳米管概述 1

1.2 石墨烯和碳纳米管在电化学检测中的应用 2

1.2.1 石墨烯在电化学检测中的应用 2

1.2.2 碳纳米管在电化学检测中应用 3

1.3 本研究的目的意义及研究内容 4

第二章 碳纳米管/壳聚糖/离子液体修饰玻碳电极检测多巴胺/尿酸 6

2.1 引言 6

2.2 仪器与试剂 6

2.2.1 实验仪器 6

2.2.2 实验试剂 7

2.3 实验方法 7

2.3.1 MWCNTs － CS － IL 修饰玻碳电极的电化学表征 7

2.3.2 多巴胺和尿酸的电化学行为的研究 8

2.3.3 MWCNTs－CS－IL 复合物的表征 8

2.3.4 实验条件的优化 9

2.4 结果与讨论 10

2.4.1 MWCNTs－CS－IL 复合物的表征 10

2.4.2 MWCNTs－CS-IL修饰电极的电化学表征 11

2.4.3 多巴胺和尿酸的电化学行为的研究 12

2.4.4 实验条件的优化结果 14

第三章 石墨烯修饰玻碳电极检测多巴胺/尿酸 16

3.1 引言 16

3.2 仪器与材料 16

3.2.1 实验仪器 16

3.2.2 实验试剂 16

3.3 实验方法 17

3.4 结果与讨论 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 石墨烯及碳纳米管概述

1.1.1 石墨烯概述

石墨烯是两维(2D)周期蜂窝状点阵结构，它是由由碳六元环构成的结构，而且它不仅能够围绕成零维富勒烯，还能够形成一维的碳纳米管，而且也堆积三维(3D)的石墨，因此石墨烯是石墨材料中一个基本单元，可以构成其他的石墨材料^[1](图1(a))。石墨烯材料不仅具有石墨的一些良好的特性，还兼有碳纳米管等材料的某些良好特性，比如说高热导性^[2]和高机械强度^[3]，运用石墨烯制作出来的纳米复合材料，这些材料也表现出许多比较优良的性能^[4]。石墨烯还有一些更为特别之处，特别地方就是是它具有特殊的电子结构和特殊的电学性质。并且石墨烯中子的运动速度是极快，它最快可以达到光速的1/300，而它电子行为需要运用相对论量子力学中的狄拉克方程来进行解释阐述，电子的有效质量为零^[5]。因此，石墨烯是一种独特的模型结构，它在凝聚态物理学中能够独一无二的描述无质量狄拉克费米子(massless Dirac fermions)，这种奇特的现象引起了许多特别的电化学性质。

图1-1 (a) 石墨烯既能够翘曲成零维的勒烯，又能够卷成一维碳纳米管或者堆垛成三维石墨，所以说它是一种构成其他石墨材料的基本单元；(b)石墨烯的特殊结构

1.1.2 碳纳米管概述

碳纳米管是一种一维量子材料，并且它拥有一些特殊结构。它径向尺寸最大可以达到纳米级，而它轴向尺寸却可以达到微米级，MWCNTs的两端经常都是被封口，因此它具有相对较大的强度，同时相对较大的直径比促使它能够制作成韧性极好的碳纤维。如图1-2所示，碳纳米管是一种平面薄膜，它是六角型呈蜂巢晶格，并且它是由碳原子以 sp²杂化轨道组成的特殊结构，但它却是只有一个碳原子厚度的二维材料。0D富勒烯、1D碳纳米管、2D石墨烯三种材料共同组成了较为核心的碳纳米材料体系，并且它们这三者之间可以通过一些特殊的方法在形式上进行转化^[6]。

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