L-半胱氨酸组装膜的电化学研究

论文摘要

本论文选用价格便宜且工业上应用广泛的金属铜作为基底电极材料,在研究制备L-半胱氨酸（L-Cys）自组装膜电极的基础上,首次利用电化学组装法将L-Cys组装到铜电极表面,制成L-Cys/Cu电化学组装膜电极,分别对两种组装膜电极的组装条件进行了探索,并分别将两种组装膜电极用于抗坏血酸（AA）的电催化,发现这两种组装膜电极都对AA有明显的电催化氧化作用,且L-Cys/Cu电化学组装膜电极比L-Cys/Cu自组装膜电极的热稳定性要好、检测线性范围要宽。全文共分为八章：第一章介绍了本论文所用到的试剂、溶液、电化学仪器和实验方法。第二章简要介绍了分子自组装膜成膜机理、结构和特点；简述了分子自组装膜的分类、影响因素和表征方法；综述了自组装分子膜的应用；最后提出了本课题的研究目的、意义以及创新点。第三章通过自组装方法将L-半胱氨酸组装到铜电极上,得到稳定的分子自组装膜,并分别用交流阻抗法、循环伏安法和差分脉冲伏安法对其进行电化学表征,探索了最佳自组装条件（组装时间、组装液浓度、温度、支持电解质的pH值）,同时记录了不同扫速下L-半胱氨酸自组装到铜电极上的循环伏安图,结果表明L-半胱氨酸氧化峰电流与扫速平方根成正比。最后考察了L-半胱氨酸自组装膜电极的稳定性,发现此电极具有良好的稳定性。第四章通过电化学组装法将L-半胱氨酸组装到铜电极上,得到稳定的分子组装膜,并分别用交流阻抗法、循环伏安法和差分脉冲伏安法对其进行电化学表征。探索了最佳电化学组装条件（循环扫描周数、组装时间、组装液浓度、温度、支持电解质的pH值）,同时研究了不同扫速下L-半胱氨酸电化学组装到铜电极上的循环伏安图,结果表明L-半胱氨酸氧化峰电流与扫速平方根也成正比。最后考察了L-半胱氨酸电化学组装膜电极的稳定性,发现此电极同样具有良好的稳定性。第五章利用交流阻抗（EIS）法研究了L-半胱氨酸在铜电极上自组装膜的覆盖度（θ）和电化学组装膜的覆盖度（θ）随时间的变化情况,并结合电容值和经验常数（n）讨论了不同时间组装膜的致密性和均匀程度,实验证明,综合考虑膜的覆盖度、膜的致密程度、膜的均匀程度,确定要想得到质量比较好的膜应适当延长膜的组装时间,L-Cys分子在金属铜表面上自组装成膜的最佳组装时间为24h左右,电化学组装最佳成膜时间为16000s左右。第六章利用L-Cys自组装膜修饰铜电极来对抗坏血酸（AA）进行电催化,并得出了电催化氧化的最佳pH值、静置时间、富集电位和富集时间,探讨了其可能的催化机理,测得氧化峰电流与AA的浓度在1.0×10-4～9.0×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数达到0.9961。最后考察了一些食品和药物中常见物质对AA电催化的影响,发现L-Cys/Cu自组装膜电极对AA的电催化具有较强的抗干扰能力。第七章利用L-Cys/Cu电化学组装膜电极对抗坏血酸进行电化学催化,得出了电催化氧化的最佳pH值、静置时间、富集电位和富集时间,探讨了其可能的催化机理,测得氧化峰电流与AA的浓度在2.0×10-5～2.0×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数达到0.9945。最后考察了一些食品和药物中常见物质对AA电催化的影响,发现L-Cys/Cu电化学组装膜电极对AA的电催化也具有较强的抗干扰能力。第八章为研究总结与展望。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 分子组装膜的研究进展
• 1.1 分子自组装膜的简介
• 1.1.1 分子自组装膜的概念
• 1.1.2 分子自组装膜的发展
• 1.2 分子自组装膜的成膜机理、结构和特点
• 1.2.1 自组装膜的形成机理
• 1.2.2 分子自组装膜结构
• 1.2.3 分子自组装膜的特点
• 1.3 分子自组装膜的分类
• 1.3.1 烷基硫醇类SAMs
• 1.3.2 有机硅烷类SAMs
• 1.3.3 脂肪酸类SAMs
• 1.3.4 其它自组装体系
• 1.4 分子自组装膜的影响因素
• 1.4.1 基底性质的影响
• 1.4.2 表面预处理的影响
• 1.4.3 分子结构的影响
• 1.4.4 溶剂的影响
• 1.5 分子自组装膜的表征方法
• 1.5.1 循环伏安法（CV）
• 1.5.2 交流阻抗法（AC）
• 1.5.3 差分脉冲伏安法（DPV）
• 1.6 自组装分子膜的应用
• 1.6.1 电催化
• 1.6.2 表面改性技术
• 1.6.3 分子识别
• 1.6.4 离子选择性电极
• 1.6.5 生物传感器
• 1.7 课题的目的意义、研究内容及创新点
• 1.7.1 目的和意义
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂和溶液
• 2.2 电化学仪器
• 2.3 实验方法
• 第三章 L-半胱氨酸自组装膜的研究
• 3.1 结果与讨论
• 3.1.1 铜电极的处理
• 3.1.2 裸铜电极的表征
• 3.1.3 L-Cys/Cu自组装膜的电化学性质
• 3.1.4 L-半胱氨酸在铜电极上自组装机理的分析
• 3.1.5 L-半胱氨酸自组装膜致密性与组装时间的关系
• 3.1.6 L-半胱氨酸自组装膜的致密性与浓度的关系
• 3.1.7 温度对L-半胱氨酸自组装膜电极电化学行为的影响
• 3.1.8 支持电解质选择和底液pH的影响
• 3.1.9 扫描速度对峰电流的影响
• 3.1.10 L-半胱氨酸自组装膜电极的稳定性测试
• 3.2 小结
• 第四章 L-半胱氨酸电化学组装膜的研究
• 4.1 结果与讨论
• 4.1.1 L-Cys/Cu电化学组装膜的电化学性质
• 4.1.2 连续扫描周数与膜致密性的关系
• 4.1.3 L-半胱氨酸电化学组装膜致密性与组装时间的关系
• 4.1.4 L-半胱氨酸电化学组装膜致密性与组装液浓度的关系
• 4.1.5 温度对L-半胱氨酸电化学组装膜电极电化学行为的影响
• 4.1.6 支持电解质选择和底液pH的影响
• 4.1.7 扫描速度对氧化峰电流的影响
• 4.1.8 L-半胱氨酸电化学组装膜电极的稳定性测试
• 4.2 小结
• 第五章 L-半胱氨酸自组装膜和电化学组装膜覆盖度的研究
• 5.1 结果与讨论
• 5.1.1 电化学交流阻抗（EIS）谱
• 5.1.2 拟合结果与覆盖度
• 5.1.3 L-半胱氨酸在金属铜表面上的成膜过程考察
• 5.2 小结
• 第六章 L-半胱氨酸自组装膜对抗坏血酸的电催化作用
• 6.1 结果与讨论
• 6.1.1 底液pH值对抗坏血酸电催化性能的影响
• 6.1.2 静置时间对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 6.1.3 富集电位对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 6.1.4 富集时间对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 6.1.5 L-半胱氨酸自组装膜电极对抗坏血酸的电催化作用
• 6.1.6 L-半胱氨酸自组装膜电极对抗坏血酸的催化机理的初步探讨
• 6.1.7 线性范围分析
• 6.1.8 干扰实验
• 6.2 小结
• 第七章 L-半胱氨酸电化学组装膜对抗坏血酸的电催化作用
• 7.1 结果与讨论
• 7.1.1 底液pH值对抗坏血酸电催化性能的影响
• 7.1.2 静置时间对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 7.1.3 富集电位对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 7.1.4 富集时间对抗坏血酸电催化氧化响应的影响
• 7.1.5 L-半胱氨酸电化学组装膜电极对抗坏血酸的电催化作用
• 7.1.6 L-Cys电化学组装膜电极对抗坏血酸的催化机理的初步探讨
• 7.1.7 线性范围分析
• 7.1.8 干扰实验
• 7.2 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 研究总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式