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摘 要

Abstract 4

1 绪论 5

1.1 石墨烯概述 5

1.2 电化学传感器简介 6

1.3 纳米材料在电化学传感器中的应用 6

1.3.1 石墨烯 6

1.3.2 纳米金 8

1.3.3 壳聚糖 9

1.4 研究背景及意义 11

2 基于CS-RGO-AuNPs 复合物构建电化学酶传感器来检测甘油三酯 12

2.1 前言 13

2.2 实验部分 15

2.2.1 仪器和药品 15

2.2.2 修饰电极的制备 15

2.2.3 电化学检测 17

2.3 结果与讨论 18

2.3.1 传感器机理 18

2.3.2 机理验证 19

2.4 结论 20

参考文献 21

致谢 23

摘要

近年来，电化学传感器制备简单、响应迅速、灵敏度高的特点使其得到迅速发展，并且已经在多个领域如医药健康、食品科学、环境监测等得到了广泛应用。石墨烯作为一种新型碳纳米材料，在科学界引起了极大的关注。随着对石墨烯的研究，其诸多在电学、力学、光学、热学等领域所表现出来的优良性能也不断被发掘出来，尤其在电化学检测领域显示出了巨大的潜力。石墨烯-纳米复合材料是将石墨烯和纳米材料复合到一起，可以同时具有石墨烯和纳米材料各自的优良性能，并且表现出二者的协同效应，可用于增强电化学传感器的某些特性。本文研究了石墨烯纳米金复合材料制备的电化学传感器在检测生物大分子时表现出的性能。具体内容如下：

采用超声诱导的方法制备Lipase/GO-AuNPs/ITO 电极，用该电极检测甘油三酯。该电极同时具有石墨烯、纳米金和壳聚糖等纳米材料的优点，可以实现对甘油三酯的灵敏检测。

关键词：石墨烯，纳米金，壳聚糖，电化学传感器，甘油三酯

Abstract

Electrochemical sensors have been rapidly developed due to their simple preparation, fast response, and high sensitivity, and have been widely used in many fields such as medicine and health, food science, and environmental monitoring in recent years.As a new type of carbon nanomaterials, graphene has attracted great attention in the scientific community.With the study of graphene, many of its excellent performances in the fields of electricity, mechanics, optics, and heat have been discovered continuously,and it shows great potentia especially in the field of electrochemical detectionl.Graphene-nanocomposite is a compound of graphene and nanomaterials, which have the excellent performance of both graphene and nanomaterials and could show the synergistic effect of the two at the same time, can be used to enhance certain characteristics of electrochemical sensors.In this paper, we studied the performance of electrochemical sensors made of graphene nano-gold composite materials in detecting biological macromolecules .The details are as follows:

We prepared Lipase / GO-AuNPs / ITO electrode by ultrasonic induction method and used it to detect triglyceride. The electrode has the advantages of graphene, nano-gold, chitosan and other nano materials, and it can achieve sensitive detection of triglycerides.

Keywords: graphene gold nano chitosan electrochemical sensor triglycerid

1 绪论

石墨烯概述

石墨烯是由单层碳原子组成的片层材料，全部碳原子都是sp²杂化并且排列成蜂窝状，具有独特的平面结构，如图1.1。除此之外，石墨烯还具有非凡的内在特性，例如较高的理论表面积，较大的电导率和电子迁移率等。2004 年，英国 Manchester 大学的 Geim 研究组首次成功制得石墨烯[1]，开启了新型碳纳米材料研究的新领域。

图1.1 石墨烯的结构示意图

Figure 1.1 Schematic diagram of graphene structure

单层石墨烯是目前发现的最薄的二维材料［2，3］，理想状态下的比表面积可以达到2630 m²g-1。石墨烯中的碳原子呈六元环状排列，每个环上六个sp²杂化碳原子可以形成一个大π 键，大π 键上的π 电子可以在石墨烯的平面结构上自由移动，因而石墨烯具有很高的电子迁移率( 1． 5 ×104cm²/ ( V·s) )。同时，这种π 电子结构使石墨烯具有优良的导热性能( 3 × 103W / ( m·K) ) 和力学性能( 1． 06 × 103GPa)[4]。这些优良性能使石墨烯材料在多个领域中都显示出出极大的潜力。

尽管石墨烯已经具备如此优良的性能，但增强石墨烯的某些功能（例如缺陷量，润湿性和电化学稳定性）仍是使其适应特定应用的重要方式[5]。

电化学传感器简介

电化学传感器是一种通过测定目标物质或分子的电化学性质并将测得的化学量转化为电信号输出的装置[6]。电化学传感器一般由识别系统和转换系统两部分组成，主要构成元件有电极、过滤器、透气膜、电解液等，其原理是利用电极将分子之间的反应转化为电信号然后利用转换系统检测出来。电化学传感器制备简单、成本较低，且具有检测限低、灵敏度高、响应时间快的优点，因而在电分析领域得到了广泛的应用。

纳米材料在电化学传感器中的应用

近年来，随着对纳米材料技术的研究不断加深，越来越多性能优良的纳米材料被用于电化学传感器领域[7-9]，基于纳米材料构建出的新型电化学传感器已在多个领域得到广泛应用。

石墨烯

随着纳米材料技术的不断发展，包括利用氧化石墨烯，碳纳米管和富勒烯等碳纳米材料作为改性材料与其它各种材料复合的技术已经广泛应用于各种领域。而作为碳纳米材料的新成员，石墨烯有着比碳纳米管等更加优良的性质如较大的比表面积、优良的导电性和更强的机械强度[10]，在电化学分析领域有着极大的潜力。

石墨烯的特性使它具有更快的传递电子的能力，因此常在电化学传感器中用作修饰电极，与其它修饰电极的材料相比，石墨烯能增大电极的比表面积，从而在电极上吸附更多待测物质[11]，以达到缩短电化学反应时间，提高电化学检测灵敏度的目的。S.M. Abdelbasir等[12]将纳米氧化亚铜粒子固定在柔性石墨烯上制成纳米氧化亚铜-石墨烯复合材料，与裸玻碳电极相比，纳米氧化亚铜-石墨烯修饰的电极显示出更小的阻抗和更大的背景电流，说明纳米氧化亚铜-石墨烯修饰的电极具有更大比表面积和更良好的导电性。将纳米氧化亚铜-石墨烯电极制成电化学传感器并检验其性能。多巴胺传感器在300 nM至5μM之间呈线性，检测极限为200 nM，响应时间为2.4±0.7 s，灵敏度为30 nAμMcm²。汞传感器的线性范围为0.02至2.5 ppm，检出限为25 ppb，响应时间lt;3分钟，灵敏度为10 nA ppm^-1。此方法不仅显示出纳米氧化亚铜-石墨烯电极具有更强的电化学响应，而且更加简便，环保且经济。

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