纳米多孔金属ptfe石墨烯复合材料的制备及其对多巴胺的检测【字数：9092】
摘 要多孔金属?（Porous?Metal），也称为泡沫金属，是具有一定孔隙率的金属或其合金材料，拥有良好的功能性结构。多孔金属由于其优异的性能，如吸音，过滤分离，传导，热传导和催化，在汽车工业，航空航天工业和生物医学材料中具有广泛的应用。大多数金属或金属氧化物纳米粒子具有良好的化学反应催化性能，将纳米粒子引入电化学检验可以有效地促进反应的可逆性，提高分析的灵敏度。因其具有更大的比表面积，纳米材料可以促进多巴胺在电极表面上的吸附，促进电子的转移，从而提高检测性能。本文主要目的在于研究纳米多孔金属PtFe/石墨烯复合材料对多巴胺的电催化分析，其主要内容为通过将纳米多孔金属PtFe/石墨烯复合材料分散在玻碳电极表面，制备了一种新型材料修饰电极测量多巴胺。使用循环伏安法研究它们的直接电化学行为，并与传统的玻碳电极（GCE）进行比较。实验结果表明，修饰电极对这些小分子具有良好的电催化能力。实验研究了扫描速率对氧化还原峰电流和峰电位的影响，并解决了相关的电化学参数。最终结果表明该方法具有选择性好，灵敏度高的优点，为该材料在电分析化学中的进一步应用开辟了新的方向。
Keywords: Modified electrodes; Nano porous metal material PtFe; Graphene; Dopamine 目 录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 石墨烯的特性及研究进展 3
1.3 纳米多孔金属材料的特性及研究进展 5
1.4 本论文的主要工作 6
2. 实验部分 7
2.1 实验内容 7
2.1.1 实验试剂 7
2.1.2 实验仪器 7
2.1.3 修饰电极的制备 7
2.1.4 测定方法 8
2.2 材料表征 8
2.3 结果与讨论 10
2.3.1对照试验 10
2.3.2.运用循环伏安法研究pH的影响 11
2.3.3运用循环伏安法研究扫描速度的影响 13
2.3.4运用差分脉冲伏安法研究DA浓度的影响 14
2.3.5研究修饰电极的衰变过程 16
2.3.6研 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
究修饰电极的抗干扰能力 17
3. 结论 18
参考文献 19
致谢 20
1.绪论
1.1 引言
多巴胺对于生物的生命活动具有重要意义，通过对人体内的多巴胺进行检测，可以对病人进行针对性的治疗。随着科学的进步和技术的发展，近年来人们开始寻找更好的检测多巴胺的方法。根据多巴胺检测的现状，结合电化学修饰电极的研究，本文使用电化学修饰电极对多巴胺进行了检测，并对结果进行了分析，以期能够更好地促进该技术的发展。
多巴胺（DA）属于儿茶酚胺类的一种。在人类和哺乳动物的中枢神经系统中存在作为传递者的信息是必不可少的。人体内缺乏DA可导致一些重大疾病，如精神分裂症和帕金森病。因此，DA的研究对于神经生理学，临床医学和心理学等许多学科具有重要意义。
在现代社会的发展过程中，人类从解剖原子核到在太空邀游等问题无不知晓，但对于自身的生命过程及变化规律的认识还远远不够了解。为了解决这个问题，生物学无疑已成为21世纪的主导科学。分析化学在生命和生物过程的研究中起着至关重要的作用。近年来，化学检测在方法，技术和应用方面取得了很大进展。电分析化学是分析化学的重要研究方向之一。它具有选择性好，灵敏度高，响应时间短，方法简单等优点。在人体内部，最基本的生命运动是电荷运动。所以，想要研究和揭示人体的生物活动和生命现象，电检测化学是不可或缺的有力工具。
检测多巴胺的传统方法有很多种，主要有以下几种：
（1）分光光度法。通过测定多巴胺在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，研究其化学性质。
（2）电泳法。将多巴胺加入惰性支持介质中，在电场的作用下，观察其向对应的电极方向进行泳动的行为，用适宜的检测方法记录其电泳区带图谱。
（3）液相色谱法。用多巴胺溶液作为流动相的色谱法。
（4）化学发光法。依据多巴胺浓度与化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的原理，利用仪器检测，而确定多巴胺含量的一种痕量分析方法。
（5）其它检测方法。包括荧光法、分子印迹法等。
然而，所有这些方法都需要经过繁琐的预处理，这些方法的灵敏度较低，导致对DA的检测不准确快速。自20世纪70年代中期，化学修饰电极出现以来逐渐发展，现如今已成为电化学检测中最活跃的研究领域。它已被应用于许多方面，如生命科学，环境科学，食品科学，分析科学和材料科学。在电极的表面上，聚合物修饰电极可以有选择性的将化学官能团固定 ，并赋予电极一定的性能，同时可以高选择性的发生反应。人们发现用化学修饰电极检测能有效地降低固体电极的过电位。这大大提高了多巴胺的传质速率，有效利用电极表面选择，富集和渗透分析物，最终提高了分析的敏感性和选择性。本文实验通过化学修饰电极对多巴胺进行检测。通常有以下几种检测的方法：
（1）化学吸附法 化学吸附法是通过电极表面和溶液之间的非共价吸附将改性物质结合到电极表面的方法。该方法可以使改性物质达到电极表面的热力学吸附平衡。然后通过非共价相互作用将强吸附性物质吸附在电极表面上。该方法操作简便快捷，但是吸附层不易再生，吸附的改性物质容易丢失，但是通过严格控制实验条件，能够获得较好的重现性。
（2）共价键法 共价键法是通过使用共价键使改性物质与电极表面发生化学反应的方法，是人工改性电极的最早方法。共价键法通常分两步实施。第一步是电极的活化预处理，其通过电化学或物理手段预处理以引入反应性基团。第二步进行表面有机合成反应，过程中共价键合反应将目标的官能团固定在电极的表层上。使用该方法制备的电极具有良好的分子识别和选择性响应能力。
（3）电化学沉积法 使用电化学沉积法时，电极表面需在氧化还原反应期间形成 难溶性膜。中心离子和外部离子的价态的变化不会对膜造成损害。使用电化学沉积可以制备叶状金属锌的二维结构。采用一步电化学沉积法，以有序纳米多孔氧化铝膜作为模板，可制备半导体材料氧化锌纳米线阵列。
（4）电化学聚合法 电化学聚合法是将预备电极放入含有特定聚合物浓度和支持电解质的系统中。当电化学氧化还原开始时，电活性单体在电极表面融合，最终形成聚合物膜以实现电极改性的目标。通常使用的电化学聚合物方法有恒电位法，恒电流法和循环伏安法。
1.2 石墨烯的特性及研究进展
石墨是一种层状晶体结构，由完整的六边形环状片状碳结构组成，而石墨烯是一种二维晶体，只有一个原子厚度从石墨材料上剥离。由于这种特殊结构的稳定性，因而石墨烯比普通石墨具有更好的性能。石墨烯的研究开启了二维材料世界的大门。2004年，Geim的研究团队首先生产石墨烯，石墨烯用胶带重复粘合石墨片，从石墨材料中去除石墨烯。最后，Geim的团队获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯是由二维蜂窝状单原子层组成的，每一层有四个价电子围绕C原子。其中三个连接到最后三个原子C，形成三角形共价键。与Pz轨道相对应的其他非关键介子电子不受原子的约束，而形成了介子和介子以外的共轭区。因此，电子可以在晶体中自由移动。石墨烯具有极好的物理和化学性质，其晶格结构稳定，强度高，韧性好，杨氏模量达到1TPa。石墨烯仍然是迄今为止最轻和最薄的材料。弹性模量大，可用于创建任何可折叠的超精细手机。石墨烯缺陷的种类、边缘的形状和粗糙度对其导热性有很大的影响。在室温下，它的导热系数为5300W/mk，比碳纳米管高约50%。目前，它是固体材料中最好的导热材料。石墨烯还具有独特的晶体结构和优良的特点，在现代技术中得到了广泛的科学研究，具体分为以下几种：
Keywords: Modified electrodes; Nano porous metal material PtFe; Graphene; Dopamine 目 录
1. 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 石墨烯的特性及研究进展 3
1.3 纳米多孔金属材料的特性及研究进展 5
1.4 本论文的主要工作 6
2. 实验部分 7
2.1 实验内容 7
2.1.1 实验试剂 7
2.1.2 实验仪器 7
2.1.3 修饰电极的制备 7
2.1.4 测定方法 8
2.2 材料表征 8
2.3 结果与讨论 10
2.3.1对照试验 10
2.3.2.运用循环伏安法研究pH的影响 11
2.3.3运用循环伏安法研究扫描速度的影响 13
2.3.4运用差分脉冲伏安法研究DA浓度的影响 14
2.3.5研究修饰电极的衰变过程 16
2.3.6研 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
究修饰电极的抗干扰能力 17
3. 结论 18
参考文献 19
致谢 20
1.绪论
1.1 引言
多巴胺对于生物的生命活动具有重要意义，通过对人体内的多巴胺进行检测，可以对病人进行针对性的治疗。随着科学的进步和技术的发展，近年来人们开始寻找更好的检测多巴胺的方法。根据多巴胺检测的现状，结合电化学修饰电极的研究，本文使用电化学修饰电极对多巴胺进行了检测，并对结果进行了分析，以期能够更好地促进该技术的发展。
多巴胺（DA）属于儿茶酚胺类的一种。在人类和哺乳动物的中枢神经系统中存在作为传递者的信息是必不可少的。人体内缺乏DA可导致一些重大疾病，如精神分裂症和帕金森病。因此，DA的研究对于神经生理学，临床医学和心理学等许多学科具有重要意义。
在现代社会的发展过程中，人类从解剖原子核到在太空邀游等问题无不知晓，但对于自身的生命过程及变化规律的认识还远远不够了解。为了解决这个问题，生物学无疑已成为21世纪的主导科学。分析化学在生命和生物过程的研究中起着至关重要的作用。近年来，化学检测在方法，技术和应用方面取得了很大进展。电分析化学是分析化学的重要研究方向之一。它具有选择性好，灵敏度高，响应时间短，方法简单等优点。在人体内部，最基本的生命运动是电荷运动。所以，想要研究和揭示人体的生物活动和生命现象，电检测化学是不可或缺的有力工具。
检测多巴胺的传统方法有很多种，主要有以下几种：
（1）分光光度法。通过测定多巴胺在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，研究其化学性质。
（2）电泳法。将多巴胺加入惰性支持介质中，在电场的作用下，观察其向对应的电极方向进行泳动的行为，用适宜的检测方法记录其电泳区带图谱。
（3）液相色谱法。用多巴胺溶液作为流动相的色谱法。
（4）化学发光法。依据多巴胺浓度与化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的原理，利用仪器检测，而确定多巴胺含量的一种痕量分析方法。
（5）其它检测方法。包括荧光法、分子印迹法等。
然而，所有这些方法都需要经过繁琐的预处理，这些方法的灵敏度较低，导致对DA的检测不准确快速。自20世纪70年代中期，化学修饰电极出现以来逐渐发展，现如今已成为电化学检测中最活跃的研究领域。它已被应用于许多方面，如生命科学，环境科学，食品科学，分析科学和材料科学。在电极的表面上，聚合物修饰电极可以有选择性的将化学官能团固定 ，并赋予电极一定的性能，同时可以高选择性的发生反应。人们发现用化学修饰电极检测能有效地降低固体电极的过电位。这大大提高了多巴胺的传质速率，有效利用电极表面选择，富集和渗透分析物，最终提高了分析的敏感性和选择性。本文实验通过化学修饰电极对多巴胺进行检测。通常有以下几种检测的方法：
（1）化学吸附法 化学吸附法是通过电极表面和溶液之间的非共价吸附将改性物质结合到电极表面的方法。该方法可以使改性物质达到电极表面的热力学吸附平衡。然后通过非共价相互作用将强吸附性物质吸附在电极表面上。该方法操作简便快捷，但是吸附层不易再生，吸附的改性物质容易丢失，但是通过严格控制实验条件，能够获得较好的重现性。
（2）共价键法 共价键法是通过使用共价键使改性物质与电极表面发生化学反应的方法，是人工改性电极的最早方法。共价键法通常分两步实施。第一步是电极的活化预处理，其通过电化学或物理手段预处理以引入反应性基团。第二步进行表面有机合成反应，过程中共价键合反应将目标的官能团固定在电极的表层上。使用该方法制备的电极具有良好的分子识别和选择性响应能力。
（3）电化学沉积法 使用电化学沉积法时，电极表面需在氧化还原反应期间形成 难溶性膜。中心离子和外部离子的价态的变化不会对膜造成损害。使用电化学沉积可以制备叶状金属锌的二维结构。采用一步电化学沉积法，以有序纳米多孔氧化铝膜作为模板，可制备半导体材料氧化锌纳米线阵列。
（4）电化学聚合法 电化学聚合法是将预备电极放入含有特定聚合物浓度和支持电解质的系统中。当电化学氧化还原开始时，电活性单体在电极表面融合，最终形成聚合物膜以实现电极改性的目标。通常使用的电化学聚合物方法有恒电位法，恒电流法和循环伏安法。
1.2 石墨烯的特性及研究进展
石墨是一种层状晶体结构，由完整的六边形环状片状碳结构组成，而石墨烯是一种二维晶体，只有一个原子厚度从石墨材料上剥离。由于这种特殊结构的稳定性，因而石墨烯比普通石墨具有更好的性能。石墨烯的研究开启了二维材料世界的大门。2004年，Geim的研究团队首先生产石墨烯，石墨烯用胶带重复粘合石墨片，从石墨材料中去除石墨烯。最后，Geim的团队获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯是由二维蜂窝状单原子层组成的，每一层有四个价电子围绕C原子。其中三个连接到最后三个原子C，形成三角形共价键。与Pz轨道相对应的其他非关键介子电子不受原子的约束，而形成了介子和介子以外的共轭区。因此，电子可以在晶体中自由移动。石墨烯具有极好的物理和化学性质，其晶格结构稳定，强度高，韧性好，杨氏模量达到1TPa。石墨烯仍然是迄今为止最轻和最薄的材料。弹性模量大，可用于创建任何可折叠的超精细手机。石墨烯缺陷的种类、边缘的形状和粗糙度对其导热性有很大的影响。在室温下，它的导热系数为5300W/mk，比碳纳米管高约50%。目前，它是固体材料中最好的导热材料。石墨烯还具有独特的晶体结构和优良的特点，在现代技术中得到了广泛的科学研究，具体分为以下几种：
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