閔笑宇

（海南大學材料與化工學院，海南?？?570228）

納米復合材料在電化學傳感器中的應用研究

閔笑宇

（海南大學材料與化工學院，海南海口 570228）

納米復合材料將納米材料與其他材料相結合，具備各個組成部分的物理與化學性質，有著廣闊的應用前景。常見的納米復合材料有碳納米復合材料、金納米復合材料以及鎳納米復合材料。對上述三種納米復合材料在電化學傳感中的應用進行探究，為相關研究者提供參考。

納米復合材料；電化學；生物傳感器

近年來，科技日新月異，納米復合材料不斷涌現，出現了各種新型納米復合材料。將納米復合材料引入電化學傳感器中，可以利用其優(yōu)秀的導電性能與機械性能，為化學研究以及人民的生活提供便利。不同的納米復合材料的導電性能各有不同。本文詳細介紹碳納米復合材料、金納米復合材料以及鎳納米復合材料的制備，并對其在電化學領域的應用現狀與前景進行了闡述。

1 石墨烯納米復合材料在電化學傳感器中的應用

石墨烯復合材料是碳納米復合材料的基礎。單一的碳納米復合材料由于納米管相互粘連難以制備，且導電性能無法完全滿足電化學檢測的需求，在化學研究中使用較少。但是，碳納米復合材料是石墨烯納米復合材料的基礎。石墨烯片層或為卷曲或為堆疊，具有較好的聚攏性，具有較好的導電性能，在電化學中得到廣泛的應用。常見的基于石墨烯納米復合材料的電化學方法有電化學阻抗法、循環(huán)伏安法和計時電流法等。電化學阻抗譜法是指通過測量阻抗隨正弦波頻率的變化分析高分子導電機理的方法。將電化學系統(tǒng)看作一個由電阻、電容與電感等基本元素組成的等效電路，在給定的電化學系統(tǒng)中輸入擾動函數，得到響應信號，以了解電化學系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不同材料的電極條件下，電流峰值會產生較大區(qū)別。循環(huán)伏安法是一種對比上下峰值電流和電位差別來進行電化學性能分析的方法。計時電流法是指在在測試電解液中連續(xù)加入不同濃度的檢測物質，觀測計時電流曲線用于電化學分析的方法。殼聚糖（CS）是一種水溶性高分子材料，常用于石墨烯納米復合材料的電極修飾。CS的高成膜性與高生物相容性使得其可以均勻分散于納米復合材料當中。同時，CS可以固定生物酶，使其成為了良好的電化學傳感器基礎。實驗證明，用CS與石墨烯復合材料作為生物酶固定材料，其獨特的分子界面可以形成良好的生物相容性。同時，基于復合薄膜當中的石墨烯能夠使基質與Hb的電活性中心之間的電子轉移呈加快勢態(tài)。此種以石墨烯與CS為基礎的方法，能夠為蛋白質的固定及電化學傳感器的制備提供出一個優(yōu)化的平臺。實驗證明，CS與石墨烯的物理性質、化學性質與生物性質相互結合，形成了對過氧化氫的較長時間的電化學催化性。當然，就目前狀況分析，基于石墨烯的納米復合材料的研究尚處于實驗室研究階段。多種高分子與石墨烯之間的相互作用尚未清晰了解，理論需要進一步探索與完善。

2 金納米復合材料在電化學傳感器中的應用

金納米復合材料的導電性能十分優(yōu)異，同時具有良好的催化性與可控性，在電化學傳感界面中應用十分廣泛。金納米復合材料與仿生分析、免疫功能分析以及生物導電的結合進一步拓展了金納米復合材料在電化學傳感器中的應用。金納米復合材料以其優(yōu)良的導電性能改變了傳感系統(tǒng)的電子分布，加快了光生電子的運行速度。AuNPs與QDs沉積到ITO上，構建了基于金納米復合材料的傳感器系統(tǒng)（QDs-Au/ITO），可以用于對雙氧水的定性檢測。實驗證明，QDs-Au/ITO傳感器的靈敏度明顯高于QDs-ITO系統(tǒng)。金納米復合材料對H2O2的檢測過程可以用下面的方程式表示：

將金納米復合材料應用于點擊修飾之中進行電化學催化。甲醇的氧化是很多燃料電池的一個重要反應，常常用金作為催化劑加速反應。這種反應的過程常常產生一氧化碳等有毒氣體，給燃料電池帶來負面作用。如果采用金納米復合材料作為催化劑，可以有效解決一氧化碳帶來的催化劑中毒問題。我們可以對催化過程使用循環(huán)伏安曲線進行電極測量。實驗證明，甲醇在金納米復合材料作為催化劑的過程中，氧化峰值遠高于金作為催化劑的氧化峰值。當電極高于甘汞電極參比時，吸附的一氧化碳開始被氧化。金納米復合材料的甲醇氧化還原過程可以用于電化學檢測催化劑的活性。雖然近年來，金納米復合材料構建的電化學傳感器研究發(fā)展十分迅速，但其檢測范圍依舊十分狹窄，需要進一步拓寬。

3 鎳納米復合材料在電化學傳感器中的應用

鎳納米復合材料是另一種常用的金屬納米復合材料。由于鎳金屬的抗腐蝕性，其常用于實驗室的部分器具制備。將鎳納米顆粒吸附至碳電極表面，可以制備鎳金屬納米復合材料傳感器。實驗證明，其選擇性、靈敏度及穩(wěn)定性都處于較高水平，具有廣闊的應用前景。鎳以其突出的穩(wěn)定性，已經成為良好的載體材料應用于化學研究與生活實際之中。鎳原子不僅能夠保留其特有的金屬性質，又能有效降低金屬粒子的團聚特性，因此常常用于電化學傳感器的催化劑之中。鎳原子與官能團相互結合形成鎳晶體可以形成官能化的鎳金屬納米片狀結構。仍然以燃料電池中甲醇的氧化為例，以鎳納米復合材料為催化劑觀測其在電化學傳感器中的作用。響應電流隨著溶液酸性的增大而不斷增強。電化學傳感器中的電流也不斷增大，形成鎳富集區(qū)域。同時，加入了不同濃度的三種氨基酸溶液，分別為甘氨酸、丙氨酸與亮氨酸。結果表明，三種氨基酸溶液并未對傳感器中電流產生明顯影響，說明鎳納米復合材料的傳感器具有良好的抗干擾性性能。

4 結束語

電化學傳感器是生物材料的敏感元件。選擇靈敏度高、選擇性強、抗干擾性良好的電化學傳感器可以有效檢測電流與電勢。上述三種納米復合材料需要進一步進行性質探索與應用開發(fā)。

[1] 宋英攀，馮苗，詹紅兵.石墨烯納米復合材料在電化學生物傳感器中的應用[J].化學進展，2012，24（9）：1665-1673..

Application of Nanocomposites in Electrochemical Sensing

Min Xiao-yu

Nanocomposites can combine nanomaterials with other materials，and have the physical and chemical properties of various components，and have broad application prospects.Common nanocomposites are carbon nanocomposites，gold nanocomposites，and nickel nanocomposites.The application of the three kinds of nanocomposites in electrochemical sensing is discussed，which can provide reference for the relevant researchers.

nanocomposite；electrochemistry；biological sensor

TB383.1

A

1003-6490（2017）01-0042-02

2016-12-20

閔笑宇（1996—），女，河南鄭州人，主要研究方向為高分子化工材料、塑料橡膠，膠粘劑等。