电极表面碳基纳米复合物涂层设计及其传感检测性能研究.pdf

摘要

传统检测分析方法主要包括液相色谱法、气相色谱法、液相色谱-串联质谱法、气相

色谱-串联质谱法、免疫分析技术等。上述方法往往需要复杂的仪器设备、繁琐的样品前

处理步骤、昂贵的检测分析成本和复杂的专业技术操作。这些不足增加了检测的分析时

间，并提高了检测的分析技术门槛。对于低浓度的目标物质或者存在干扰物的复杂样品，

常规检测技术可能需要进行更多的优化和验证。因此，设计一种简单、响应快、高灵敏

的检测分析技术显得尤为必要。

近年来，随着科技的不断发展和创新，电化学传感检测技术的出现为解决常规检测

分析技术存在的问题和不足提供了新的思路和可能性。电化学传感检测技术具有灵敏、

快速、简便、低成本，并且能够实现实时监测等优点，通常不需要复杂的样品前处理步

骤，而且不需要耗费大量昂贵的试剂和耗材。总之，电化学传感检测技术的这些优点使

其成为当前分析检测领域不可或缺的重要工具之一。在本文中，基于低维高导电碳材料

（零维碳纳米颗粒、一维碳纳米管）设计功能化集成的纳米复合物，并在玻碳电极（GCE）

表面构建碳基纳米复合物增敏剂涂层，分别用于没食子酸（GA）和甲基对硫磷（MP）

的电化学传感检测分析，表现出了良好的效果。具体研究内容如下：

（1）基于一种简单且低成本的超声辅助策略制备Super-P炭黑（SPCB）纳米颗粒

和介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）协同增效的多功能纳米复合材料，并将其用于修饰

GCE构建GA电化学传感器（SPCB@MSNs/GCE）。SPCB具有珍珠链纳米结构，呈现

出互连的高导电碳网络，显著提高了电荷转移效率。MSNs具有球形形貌和介孔结构，

表现出均匀的颗粒分散性和较高的电化学活性比表面积，显著改善了传感电极表面对

GA的吸附效果。此外，SPCB优异的导电性弥补了MSNs在导电方面的不足。在最优

条件下，SPCB@MSNs/GCE传感器的电化学响应与GA浓度（0.5-10μM）具有良好的

线性关系，相应的检测限可达4.911nM。所制备的纳米复合传感器表现出良好的重现性、

重复性和抗干扰性。

（2）为了实现GA的高灵敏检测，利用高导电的单壁碳纳米管（SWCNT）和MSNs

作为原材料制备多功能集成的纳米复合物增敏剂，并用于构建GA检测用

SWCNT@MSNs/GCE传感器。对于SWCNT@MSNs纳米复合材料，具有一维中空纳米

I

结构的SWCNT可以形成三维互联的碳导电网络，具有优异的导电性能、高比表面积、

高效的电荷传输通道；MSNs具有球形形貌和介孔结构，表现出均匀的颗粒分散性和较

高的电化学活性比表面积，有效增强了GA在SWCNT@MSNs/GCE传感电极表面上的

富集能力。此外，具有优异导电性能的SWCNT可以极大地弥补MSNs的非导电性。

SWCNT@MSNs/GCE传感器表现出良好的GA电化学检测性能（pH=2.0，线性GA浓

度：0.03–30μM，检测限：3.806nM），具有良好的重复性、重现性和抗干扰性。

（3）基于零维碳纳米颗粒和一维碳纳米管的协同增效效应，设计了锆基金属有机

骨架材料（UiO-66）纳米颗粒修饰的三维互联科琴黑-碳纳米管(KB-CNTs)高导电碳基复

合物增敏剂，并用于修饰GCE表面，构建一种新型MP检测用电化学传感器UiO-66/KB-

CNTs/GCE。对于UiO-66/KB-CNTs复合材料，带有Zr-OH基团的UiO-66对甲基对硫磷

分子上的磷酸基团具有良好的亲和力，增强了对MP的选择性识别和吸附能力。KB-CNTs

具有三维互连的碳导电网络，零维碳纳米颗粒和一维碳纳米管的充分接触实现了短程导

电和长程导电的协同增效效应，表现出优异的导电性。制造的UiO-66/KB-CNTs/GCE传

感器表现出良好的MP检测性能，在0.005–12µM的线性MP浓度范围内检测限低至

1.53nM。此外，构建的UiO-66/KB-CNTs/GCE具有良好的重复性、再现性和选择性。

关键词：玻碳