氮掺杂三维石墨烯的制备及其在多巴胺传感中的应用

摘    要

近年来，三维石墨烯及其复合材料被广泛应用于电化学传感器中。由于三维石墨烯具有较高的比表面积、良好的导电性及电化学窗口，使得基于三维石墨烯的电化学传感器对多种重要的生物分子（如H2O2，葡萄糖，多巴胺等）的检测具有较好的性能。与本征的三维石墨烯相比，氮掺杂三维石墨烯具有更高的电子转移效率以及更好的生物相容性，因而在生物分子的检测方面有着更好的应用前景。

本论文用化学气相沉积法制得了氮掺杂三维石墨烯，通过控制生长参数，得到了掺杂量最大（5.98 %）的氮掺杂三维石墨烯。将制得的氮掺杂三维石墨烯应用于多巴胺的检测，表现出了良好的性能。通过与β–环糊精的复合，这种基于氮掺杂三维石墨烯的电极对多巴胺的灵敏度高达5468.6 μA mM–1cm–2，线性范围为10~140 μM。这种氮掺杂三维石墨烯在其他生物分子的电化学传感中可能也具有较好的应用前景。

关键词：氮掺杂三维石墨烯；化学气相沉积；环糊精；多巴胺；高灵敏度传感

 

ABSTRACT

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Key words: three dimensional N-doped graphene; chemical vapor deposition; cyclodextrin; dopamine; high sensitivity sensors

目  录

第一章 绪论 1

1.1 氮掺杂三维石墨烯简介 1

1.1.1 三维石墨烯简介 1

1.1.2 氮掺杂三维石墨烯简介 2

1.2 氮掺杂三维石墨烯的制备方法 3

1.2.1 还原氧化石墨烯法 3

1.2.2 化学气相沉积法 3

1.3 氮掺杂三维石墨烯的表征方法 4

1.3.1 扫描电子显微镜 4

1.3.2 拉曼光谱 4

1.3.3 X射线光电子能谱 6

1.4 氮掺杂三维石墨烯的应用简介 7

1.5 论文选题与研究思路 8

第二章 氮掺杂三维石墨烯的制备 10

2.1 基本仪器与原理 10

2.1.1 实验仪器与材料 10

2.1.2 CVD法制备氮掺杂三维石墨烯的原理 10

2.2 氮掺杂三维石墨烯的CVD法制备 11

2.2.1 生长 11

2.2.2 刻蚀和清洗 11

2.3 氮掺杂三维石墨烯的表征 11

2.3.1 扫描电子显微镜 11

2.3.2 拉曼光谱 12

2.3.3 X射线光电子能谱 13

2.4 氮掺杂三维石墨烯生长条件的优化 14

2.4.1 氢气在氮掺杂三维石墨烯生长过程中的作用 14

2.4.2 氨气流量对掺杂量的影响 16

2.4.3 温度对氮掺杂的影响 17

2.4.4 降温过程对氮掺杂的影响 18

第三章 氮掺杂三维石墨烯在多巴胺传感中的应用 19

3.1 绪论 19

3.1.1 多巴胺 19

3.1.1.1 多巴胺简介 19

3.1.1.2 电化学测定多巴胺的研究进展 20

3.1.2 环糊精 20

3.1.2.1 环糊精简介 20

3.1.2.2 环糊精的应用 20

3.2 β–环糊精/氮掺杂三维石墨烯复合材料电极的制备及其传感机理 21

3.2.1 复合材料电极的制备 21

3.2.2 复合材料的表征 21

3.2.3 复合材料的传感机理 22

3.3 β–环糊精/氮掺杂三维石墨烯复合材料的多巴胺传感性能 23

3.3.1 氮掺杂三维石墨烯复合材料的优势 23

3.3.2 复合材料对不同浓度的多巴胺的响应 23

3.3.3 电极反应的控制过程研究 23

3.3.4 pH对传感性能的影响 25

第四章 总结与展望 26

结论 27

参考文献 28

致谢 33