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摘 要

本论文通过置换和还原反应成功地在氧化石墨烯（GO）上制备了由Au核，Pt内壳，Au突起外壳组成的双金属Au@Pt@Au三层核壳纳米粒子。所制备的催化剂具有类过氧化物酶的活性，对过氧化氢（H₂O₂）的氧化和还原展示了高电催化能力，基于此构建了一个高敏的H₂O₂ 双向传感器。该传感器在0.5 V下对H₂O₂的线性范围为0.05 μM – 17.5 mM，检测限为0.02 μM (S/N = 3)；在–0.3 V下对H₂O₂的线性范围为0.5 μM – 110 mM，检测限为0.25 μM (S/N = 3)。这种传感器在电催化和电分析中显示了巨大的应用潜力。

关键词： 氧化石墨烯， Au@Pt@Au核壳纳米粒子， 传感器， H₂O₂

Abstract:  Bimetallic Au@Pt@Au triple-layered core-shell nanoparticles consisting of the Au core, Pt inner shell, and Au protuberances outer shell on graphene oxide (GO) nanosheets were successfully prepared by the galvanic replacement and reagent reduction reaction. The catalyst prepared with peroxidase-like activity, allowing the expression of hydrogen peroxide (H₂O₂) high electro-catalytic oxidation and reduction in capacity, thus creating a high-sensitivity H₂O₂ bidirectional current sensor. At 0.5 V applied potential and a detection limit of 0.02 μM (S/N = 3), the bi-directional sensor linear range of 0.05 μM to 17.5 mM, applied potential and limits of detection of -0.3 V is 0.25 μm (S N = 3), the linear range 0.5 μM to 110 mM. The proposed sensor exhibits a potential application in electrocatalysis and electroanalysis.

Keywords: graphene oxide, Au@Pt@Au core-shell nanoparticles, sensor, H₂O₂

目 录

1 前言 4

1.1 电化学传感器 4

1.1.1 电化学传感器的概述 4

1.1.2 电化学传感器的工作原理 4

1.2 氧化石墨烯 5

1.2.1 氧化石墨烯的发现史 5

1.2.2 氧化石墨烯的简介 5

1.2.3 氧化石墨烯的制备方法 5

1.2.4 氧化石墨烯的特性 5

1.3 氧化石墨烯复合材料在电化学传感中的应用 7

1.4 本课题的主要内容及选题的意义 7

2 实验部分 8

2.1 试剂 8

2.2 仪器设备 8

3 结果与讨论 8

3.1 GO/Au@Pt@Au纳米复合物对H₂O₂的双向电催化性能 8

3.2 H₂O₂双向安培传感 10

结 论 12

参 考 文 献 13

致 谢 14

1 前言

1.1 电化学传感器

1.1.1 电化学传感器概述

当今世界，信息技术是社会发展的重要动力，而传感器技术是信息科学的三大技术之一。随着人们对信息种类和传递速度的需求不断增加，传感器技术与人类的生活有着密切的关系。近年来，传感器在自动化、工业、医学、环境等领域有着广泛的应用。传感器主要包括物理传感器和化学传感器，其中，化学传感器是仪器分析、化学分析领域的重要研究内容。化学传感器根据原理不同分为电化学传感器、光化学传感器和热化学传感，电化学传感器由于其制作简单、易于微型化等优点，是目前应用最广泛、研究最多的一种化学传感器。

电化学传感器由识别系统和转导系统组成，识别系统的功能是选择性的与待分析物质作用并将产生的化学参数转换成一定的信号，转导系统的功能就是接收这些信号并以电化学信号的形式传输给电子系统，电子系统进一步放大输出。按照输出信号进行分类，电化学传感器分为电流型、电位型和电导型，按照检测物质分类，电化学传感器分为离子传感器、气体传感器和生物传感器。生物传感器是多学科交叉的产物，涉及生物物理学、电生物学、生物化学和电化学等学科，生物传感技术成为获取生物信息的重要手段，也是生物信息学发展的趋势。

1.1.2 电化学传感器的工作原理

电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是疏水屏障层，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。在实际中，由于电极表面连续发生电化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能，人们引入了参考电极。参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。

1.2 氧化石墨烯

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