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 硕士学位论文 Master Thesis 功能化多壁碳纳米管电极的构筑及其电化学传感 研究 Fabrication and research of electrochemical sensors based on functionalized multi-walled carbon nanotubes electrode 权妍丽 Quan Yanli 西北师范大学化学化工学院目录 摘 要 I Abstract III 第一章 绪论 1 1.1 碳纳米管研究进展 1 1.1.1 碳纳米管的制备 1 1.1.1.1电弧放电法 1 1.1.1.2 激光蒸发法 1 1.1.2 碳纳米管的修饰 2 1.1.2.1 共价修饰 2 1.1.2.2 非共价修饰 5 1.1.3 碳纳米管修饰电极的研究进展 6 1.2 卟啉研究进展 7 1.2.1卟啉类化合物的结构 8 1.2.1.1羟基苯基卟啉类化合物的结构 8 1.3 卟啉功能化碳纳米管 9 1.3.1 卟啉修饰碳纳米管的方法 9 1.3.1.1 共价修饰 9 1.3.1.2 非共价修饰 11 1.4 论文的整体构想及研究思路 12 参考文献 14 第二章 卟啉聚合膜修饰碳纳米管电极的制备及其对硝基化合物的电化学还原研究 18 2.1引言 18 2.2 实验部分 20 2.2.1 试剂与原料 20 2.2.2 羟基苯基卟啉/CNTs/GCE的制备 20 2.3 结果与讨论 20 2.3.1 卟啉膜的形成 20 2.3.2 不同修饰电极的表征 21 2.3.3 不同修饰电极对硝基化合物电化学响应 24 2.3.4差分脉冲溶出伏安法检测间二硝基苯 26 2.3.5 卟啉膜和爆炸物的相互作用机理 28 2.3.6重现性和稳定性 30 2.4 小结 31 参考文献 33 第三章 四羟基苯基卟啉聚合膜修饰碳纳米管电极的制备及其对苯二酚同分异构体的分离检测 35 3.1 引言 35 3.2 实验部分 36 3.2.1 试剂与原料 36 3.2.2 修饰剂和修饰电极基底的处理 37 3.2.3 THTPP/CNTs/GCE的制备 37 3.3 结果与讨论 37 3.3.1 THTPP在碳纳米管修饰电极的电聚合 38 3.3.2 不同修饰电极的表征 39 3.3.3 对苯二酚在不同修饰电极上的电化学响应 40 3.3.4 紫外光谱的识别 42 3.3.5 苯二酚同分异构体在不同修饰电极上的电化学氧化行为研究 45 3.3.6扫速对卟啉功能化碳纳米管修饰电极催化氧化苯二酚的影响 48 3.3.7 pH对卟啉功能化碳纳米管修饰电极催化氧化苯二酚的影响 48 3.3.8 线性范围和检测限 49 3.3.9密度泛函密度理论(DFT)研究 50 3.4小结 52 参考文献 53 第四章 纳米银/单羟基苯基卟啉修饰碳纳米管电极的制备及其应用研究 55 4.1 引言 55 4.2 实验部分 56 4.2.1 仪器及试剂 56 4.2.2 羟基苯基卟啉共价修饰碳纳米管 56 4.2.3 修饰剂和修饰电极基底的处理 57 4.2.4 纳米银-卟啉共价修饰碳纳米管复合膜修饰电极的制备 57 4.3 结果与讨论 57 4.3.1卟啉共价修饰碳纳米管复合材料的表征 57 4.3.2 纳米银的电化学沉积 59 4.3.3 AgNPs/MHTPP/MWNTs/GC的电化学表征 59 4.3.4 AgNPs/MHTPP/MWNTs/GC修饰电极对硝基化合物的电化学催化还原 60 4.4小结 64 参考文献 65 在读硕士期间发表论文及发明专利 VI 致 谢 VII 摘 要 碳纳米管具有比表面积大、电荷传递能力强、吸附性好、以及催化能力强等优良特性。卟啉化合物由于其特殊的二维共轭π电子结构从而使其能够被广泛应用于各种光电研究中。然而碳纳米管修饰到电极表面容易脱落，并且往往达不到检测的灵敏性。卟啉修饰电极则由于制备条件控制不当，达不到理想的研究效果。因此，如果将碳纳米管与卟啉化合物有效的结合，则可望能够克服单独使用时存在的缺陷，在光电研究、生物、材料科学以及环境等许多相关学科。 本论文以单羟基苯基卟啉和多壁碳纳米管为修饰剂，制备了一种羟基苯基卟啉多壁碳纳米管修饰电极，研究了对硝基化合物的电化学行为。在此基础上，制备了四羟基苯基卟啉功能化碳纳米管材料，通过电化学方法、紫外以及密度泛函理论研究了苯二酚与四羟基苯基卟啉功能化碳纳米管的作用原理。进一步，利用化学有机合成的方法，合成了单羟基苯基卟啉共价修饰的碳纳米管材料，并且通过简单的电沉积的方法在卟啉/碳纳米管材料修饰电极地表面沉积了纳米银并将其用于硝基化合物的电化学探讨研究中。主要研究内容如下： 1. 卟啉聚合膜修饰碳纳米管电极的制备及