碳纳米管修饰电极的制备及其对NADH的电催化氧化
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.
公司) 、KQ.0 B 型 超 声 波 清 洗 器 ( 山 市 超 声 仪 器 有 50 昆 限 公 司 ) Z 9 自动 双 重 纯 水 蒸 馏 器 ( 海 亚 荣 生 化 仪 、S .3 上
器 厂 ) 。
网 印 刷 碳 电 极 ,取 出 后 低 温 干 燥 保 存 。
; 基 化 的 多 壁 碳 纳 米 管 超 声 分修 饰 的丝 网印刷 碳 电极 ,如 图2 示 。 所 4 mm的 圆 盘 为 工 作 电 极 , 银 电 极 作 为 参 比 电
2 羧基 化 多壁碳 纳 米管 修饰 丝 网 印刷 碳 电极 的制 备 、
如 图 1 示 ,先 在 05 所 .mm厚 的 陶 瓷 基 板 上 印刷 图 1 A所 示 银 层 ,放 入 9  ̄ 空 干 燥 箱 中 3 mi;再 印刷 图 1 示 0C真 0 n B所
磷 酸缓 冲溶 液 中 的循环 伏 安 曲线 ,扫描 速 度
由 图 可 知 , 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网
≯2 绷 o
瞒 幽 目 №
。 。 。
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兑
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中 , 随 有 电 子 和 质 子 的 转 移 【】 故 溶 液 p 值 对 NADH 伴 m, H
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蕊 ◇黪
鞭黪鞠
与 开 发
纳 簪 饰戚 韵 螽 制
园国 慰
注 :湖南 省大 学生研 究性 学 习和 刨新 性 买验计划 资助 项 目
的电飕
摘 要 :采用丝 网印刷 技术 ,制 备出羧 基 化多壁 碳纳 米管修 饰 的丝网 E  ̄ 碳 电极 ,并 采用 循环伏 安 3 IU
法 研究 了该 电极对 还原 型烟 酰胺 腺嘌 呤二核 苷酸 ( A H)的 电催 化 氧化 性能 。结果 表明 ,与 未 N D 修 饰丝 网印刷碳 电极 相 比 ,多壁 碳纳 米管修 饰丝 网印刷 碳 电极显 著降低 了 N D 的氧化 峰 电位 , A H 消 除了反 应产 物对 电极的 污染 及其 它电化 学反 应对 测量 的干扰 。将修 饰 电极与 流动 注射 系统结 合 起来 , 建立 了利 用电流 一时间 曲线 测量 NA I 浓度的 方法 。在 l m l  ̄ mm l D- I p o/ 6 o/ 范围 内 , 应 _ L L的 响 电流 与 N D A H的浓 度有 较好 的线性 关系 ,其线 性 回归方程 为 i A =1 14 (mo +0I7 2 ( ) . 1 cp 1 n 5 ) .1 6 ,相 关系 数为 O9 1 ,检测 限为 0 t o/ 。 . 5 9 .t l 7m L 关键 词 :碳 纳米 管 ;还原型 烟酰胺 腺 嘌呤二 核苷酸 ( A H) N D ;丝网 印刷 电极 ;电催 化氧化 中图分 类号 :T 2 2 2 P 1 . 文献标识 码 :A 文章编号 :10 — 8 X ( 0 1 6 0 0 — 5 0 6 8 3 2 1 )0 — 0 6 0
在 修 饰 电 极 上 的 电 化 学 响 应 影 响 较 大 。显 然 ,p 70时 H= .
印 刷 碳 电 极 对 NAD 的 氧 化 峰 的 电位 约 为 + 5 mV, 而 H 15 丝 网 印 刷 碳 电 极 对 NAD 的 氧 化 峰 的 电位 约 为 + 0 mV。 H 37 即 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印 刷 碳 电极 对 NA DH 的 氧 化 峰 电位 较 丝 网 印刷 碳 电 极 负 移 了约 12 5 mV,峰 () a 的 峰 形 尖 锐 、 峰 电 流 值 比 峰 (1 显 增 大 , 表 明 多 壁 碳 纳 b明
有 良好 的 电催化 性 能 :碳 纳米 管 经酸 处理 在其 表面 和 两
端 引 入 羧 基 , 为 电 化 学 反 应 提 供 了很 多 活 性 点 , 使 碳 纳
大 降低 了 N ADH 的氧化 峰 电位 ,从 而减少 了 中间产物 对
电 极 的污 染 和 其 它 干 扰 反 应 的 影 响 。 同一 电极 ,在 1 0天
因 为 碳 纳 米 管 具 有 很 大 的 比 表 面 ,可 以 为 电化 学 反 应 提 供 充 足 的 反 应 场 所 ;碳 纳 米 管 具 有 优 异 的 电 子 传 递 功 能 ,
图 6所 示测量 电流 的变化 很 小,这表 明羧 基化 多壁碳 纳
米 管 修 饰 的 丝 网 印 刷 碳 电极 的 响 应 有 较 好 的 重 现 性 , 这 可 能 是 因 为 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印刷 电极 大
NADH 购 自 Ro h c e公 司 , 羧 基 化 的 多 壁 碳 纳 米 管 购
得 1 g/L的 多 壁 碳 纳 米 管 溶 液 。用 微 量 注 射 . 0
F工 作 电 极 表 面 ,室 温 下 在 空 气 中 风 干 , 羧 得
自深 圳 纳米港 公 司 ,其他 试 剂均 为 分析 纯 。所 有 实验 均
且检测 N ADH 的 电 极 反 应 易 受 其 它 电化 学 反 应 的干 扰 ,从 而 使 NADH 的直 接 测 定 变 得 十 分 困难 [。为 5 】 了 降 低 NADH 电 极 反 应 的 氧 化 过 电 位 , 人 们 采 用 萘 醌 、 普 鲁 士 蓝 、 鸟 嘌 呤 、 吩 噻 嗪 染 料 和 电聚 刚 合 的 吩 噻 嗪 染 料 等 电 子 媒 介 体 修 饰 电极 , 但 是 这 些 修 饰 电 极 的 电子 媒 介 体 容 易 脱 落 , 而 且 电 导 率 较 】 低 , 电催 化 性 能 和 稳 定 性 都 较 低 。 针 对 于 上 述 问题 , 提 出 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印刷 碳 电 极 。 研 究表 明 , 该 电极 明 显 降 低 了 NADH 的 氧 化 过 电 位 , 表 现 出 了 优 异 的 电催 化 性 能 ,而 且 电 极 的 稳 定 性 和 重 现 性 都 较 好 。
》
张 仁 彦 张 学 骜 贾 红 辉 李 新 华
一
、
引 言
自 19 9 1年 I i ima等人 发现 碳纳米 管 以来[,碳纳 米 管以其优 异 的电催化 性 能引起 了人们 的极 大关 j 1 ]
注 。 R ba e u i s等 人 [用 碳 纳 米 管 修 饰 石 墨 电 极 , 明显 降 低 了 过 氧 化 氢 的 氧 化 过 电 位 。Mu a h 等 人 【 n 1 sme 】
用 碳纳米 管 修饰 玻碳 电极 ,有 效降 低 了还原 型烟 酰胺 腺嘌 呤二 核苷 酸 ( NAD H)的氧 化过 电位 。上 述
研 究 表 明 碳 纳 米 管 修 饰 电 极 能 降 低 某 些 物 质 氧 化 还 原 反 应 的 过 电 位 , 因 此 碳 纳 米 管 修 饰 电 极 在 电化 学
的 灵敏 度 决 定于 碳 纳米 管 对 电子 转移 的促进 条件 。
) H在 丝 网 印 刷 碳 电 极 和 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管
刷 碳 电 极 上 的 电 催 化 氧 化 行 为
次 实 验 可 得 图 4 所 示 结 果 。 图 4a和 图 4b () ()
t l 的 NADH 在 羧 基 化 的 多 壁 碳 纳 米 管 修 mo/ L 刷 碳 电 极 和 丝 网 印 刷 碳 电极 上 于 p = . 的 H 70
过程 具 有 十 分 重 要 的 作用 【 。但 是 ,NAD 在 普 通 电极 上 电催 化氧 化 过 程 需 要 较 高 的 氧 化 过 电位 4 】 H ( + v) > 1 。在 如此高 的氧 化过 电位下 检测 NA DH,不 但 中间产物 会在 电极表 面沉 积而 使 电极 污染 ,而
以羧基 化 多壁 碳纳 米 管修 饰 的丝 网印刷 电极为 工 作
电极 , 用 电 流 一 时 间 曲线 的 方 法 , 在 2 0 0 mV 下 ,测 量
为 了观察 电极 反 应 的抗干扰 能力 ,我们 在 实验 中分
别 选 择 甲 醛 、 乙 醇 、 醋 酸 和 双 氧 水 等 作 为 干 扰 物 质 。如
NAD 前 , 先 往 浴 液 中 通 入 N2 除 氧 5 n H , mi,
z
气 氛 保 护 , 确 保 缓 冲 溶 液 以 22 l n的 并 .mo/ mi
动 。 将 已 知 浓 度 的 少 量 NADH 样 品 ( 次 约 每 0 系 统 中 ,记 录 电流 的 瞬 态 信 号 与 时 间 的 关 量 此 进 行 定 量 分 析 。 响 应 电流 为 暂 态 电 流 与 背
,
所 有 的测 量都 在室 温 下进 行 。
果及 相关 讨论 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印刷 碳 电 极 对 NAD 的 电 H
基于 如下 反应 [ : ]
多壁碳纳米管 、 T^ 十 .I + . n T
‘ ’ ~ ‘ 一 ‘ ’ 一
一
, 、 l
、 ‘ ,
l mmo/ l L的NA DH在不 同 p H值溶液 中 的响应 电流如 图 5
所 示 。 这 是 因 为 NAD 在 电极 表 面 发 生 氧 化 的 反 应 过 程 H
8。 。
图 7所 示 , 对 l mmo/ 的 NAD l L H, 在 不 同 时 间 ,加 入 各 种 的 干 扰 物 质 时 , 响 应 电 流 的 变 化 在 ±1.% 以 内 , 表 明 25
磷 酸 盐缓 冲溶 液 中 ,载 带 待测 物 的缓 冲溶 液 刷 电极 产 生 电流一 时 问 曲线 ,据此 进 行定 量 印刷 电极 与 电化 学 T作 站相 连 ,并通 过计 算
验 数 据 。 实 验 前 , 先 用 超 卢 清 洗 器 清 洗 整 个 漆后 用 01 l 的 磷 酸 盐 缓 冲 溶 液 ( H= .) .mo/ L p 70
方 法
图 3所 示 实 验 检 测 系 统 。 实 验 中 , 将 丝 网 印
在 一 个 自制 的 圆 柱 筒 内 。 该 圆 柱 筒 与 两 个 液
一
个 用 于 注 入 01 l 的 磷 酸 盐 缓 冲 溶 液 .mo/ L 另 外 一 个 用 于 废 液 的 排 出 。待 测 物 在 适 当 的
米 管修 饰 电极对 很 多反应 都 具有 十分优 良的 电化学 反应
活性。 2 溶 液 酸 碱 度 对 电 极 反 应 的 影 响 、
后 再 次 进 行 测 量 , 电 极 的 衰 减 在 1 以 内 ,表 明 电 极 有 较 % 好 的稳定 性 。 4 电 极 的 抗 干 扰 能 力 、
二、实验 部分
1 实 验 仪 器 与 实 验 试 剂 、
C 7 0 电 化 学 分 析 仪 / 作 站 ( 海 辰 华 仪 器 有 限 HI6 C I 上
》 ℃ 真 空 干 燥 箱 中 3 mi;然 后 印 刷 图 1 示 0 0 n c所
入 9  ̄ 空 干 燥 箱 中 1 i;最 后 ,可 得 如 图 0C真 5r n a
传 感器方 面具有 很好 的应用 前景 。
还 原 型 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( DH)和 氧 化 型 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( NA NAD ) 组 成 的 氧 化 还 原 对 是 自然 界 中 最 重 要 的 辅 酶 体 系 之 一 【。 研 究 NA 4 1 DH 的 电 化 学 氧 化 对 了 解 脱 氢 酶 反 应 中 的 电 荷 转 移
响应 电流最 大, 以后的测 量均在 p = . 条件 下进行 。 故 H 70的 3 电 极 的稳 定 性 与 重 复 性 、 用 同一 电极对 I mmo/ 的 NA l L DH 进 行 多 次 测 量 , 如
米 管修 饰 电极 对 NAD H有 较好 的 电催 化氧 化作用 。这 是
公司) 、KQ.0 B 型 超 声 波 清 洗 器 ( 山 市 超 声 仪 器 有 50 昆 限 公 司 ) Z 9 自动 双 重 纯 水 蒸 馏 器 ( 海 亚 荣 生 化 仪 、S .3 上
器 厂 ) 。
网 印 刷 碳 电 极 ,取 出 后 低 温 干 燥 保 存 。
; 基 化 的 多 壁 碳 纳 米 管 超 声 分修 饰 的丝 网印刷 碳 电极 ,如 图2 示 。 所 4 mm的 圆 盘 为 工 作 电 极 , 银 电 极 作 为 参 比 电
2 羧基 化 多壁碳 纳 米管 修饰 丝 网 印刷 碳 电极 的制 备 、
如 图 1 示 ,先 在 05 所 .mm厚 的 陶 瓷 基 板 上 印刷 图 1 A所 示 银 层 ,放 入 9  ̄ 空 干 燥 箱 中 3 mi;再 印刷 图 1 示 0C真 0 n B所
磷 酸缓 冲溶 液 中 的循环 伏 安 曲线 ,扫描 速 度
由 图 可 知 , 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网
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园国 慰
注 :湖南 省大 学生研 究性 学 习和 刨新 性 买验计划 资助 项 目
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摘 要 :采用丝 网印刷 技术 ,制 备出羧 基 化多壁 碳纳 米管修 饰 的丝网 E  ̄ 碳 电极 ,并 采用 循环伏 安 3 IU
法 研究 了该 电极对 还原 型烟 酰胺 腺嘌 呤二核 苷酸 ( A H)的 电催 化 氧化 性能 。结果 表明 ,与 未 N D 修 饰丝 网印刷碳 电极 相 比 ,多壁 碳纳 米管修 饰丝 网印刷 碳 电极显 著降低 了 N D 的氧化 峰 电位 , A H 消 除了反 应产 物对 电极的 污染 及其 它电化 学反 应对 测量 的干扰 。将修 饰 电极与 流动 注射 系统结 合 起来 , 建立 了利 用电流 一时间 曲线 测量 NA I 浓度的 方法 。在 l m l  ̄ mm l D- I p o/ 6 o/ 范围 内 , 应 _ L L的 响 电流 与 N D A H的浓 度有 较好 的线性 关系 ,其线 性 回归方程 为 i A =1 14 (mo +0I7 2 ( ) . 1 cp 1 n 5 ) .1 6 ,相 关系 数为 O9 1 ,检测 限为 0 t o/ 。 . 5 9 .t l 7m L 关键 词 :碳 纳米 管 ;还原型 烟酰胺 腺 嘌呤二 核苷酸 ( A H) N D ;丝网 印刷 电极 ;电催 化氧化 中图分 类号 :T 2 2 2 P 1 . 文献标识 码 :A 文章编号 :10 — 8 X ( 0 1 6 0 0 — 5 0 6 8 3 2 1 )0 — 0 6 0
在 修 饰 电 极 上 的 电 化 学 响 应 影 响 较 大 。显 然 ,p 70时 H= .
印 刷 碳 电 极 对 NAD 的 氧 化 峰 的 电位 约 为 + 5 mV, 而 H 15 丝 网 印 刷 碳 电 极 对 NAD 的 氧 化 峰 的 电位 约 为 + 0 mV。 H 37 即 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印 刷 碳 电极 对 NA DH 的 氧 化 峰 电位 较 丝 网 印刷 碳 电 极 负 移 了约 12 5 mV,峰 () a 的 峰 形 尖 锐 、 峰 电 流 值 比 峰 (1 显 增 大 , 表 明 多 壁 碳 纳 b明
有 良好 的 电催化 性 能 :碳 纳米 管 经酸 处理 在其 表面 和 两
端 引 入 羧 基 , 为 电 化 学 反 应 提 供 了很 多 活 性 点 , 使 碳 纳
大 降低 了 N ADH 的氧化 峰 电位 ,从 而减少 了 中间产物 对
电 极 的污 染 和 其 它 干 扰 反 应 的 影 响 。 同一 电极 ,在 1 0天
因 为 碳 纳 米 管 具 有 很 大 的 比 表 面 ,可 以 为 电化 学 反 应 提 供 充 足 的 反 应 场 所 ;碳 纳 米 管 具 有 优 异 的 电 子 传 递 功 能 ,
图 6所 示测量 电流 的变化 很 小,这表 明羧 基化 多壁碳 纳
米 管 修 饰 的 丝 网 印 刷 碳 电极 的 响 应 有 较 好 的 重 现 性 , 这 可 能 是 因 为 羧 基 化 多 壁 碳 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印刷 电极 大
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得 1 g/L的 多 壁 碳 纳 米 管 溶 液 。用 微 量 注 射 . 0
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张 仁 彦 张 学 骜 贾 红 辉 李 新 华
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引 言
自 19 9 1年 I i ima等人 发现 碳纳米 管 以来[,碳纳 米 管以其优 异 的电催化 性 能引起 了人们 的极 大关 j 1 ]
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用 碳纳米 管 修饰 玻碳 电极 ,有 效降 低 了还原 型烟 酰胺 腺嘌 呤二 核苷 酸 ( NAD H)的氧 化过 电位 。上 述
研 究 表 明 碳 纳 米 管 修 饰 电 极 能 降 低 某 些 物 质 氧 化 还 原 反 应 的 过 电 位 , 因 此 碳 纳 米 管 修 饰 电 极 在 电化 学
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以羧基 化 多壁 碳纳 米 管修 饰 的丝 网印刷 电极为 工 作
电极 , 用 电 流 一 时 间 曲线 的 方 法 , 在 2 0 0 mV 下 ,测 量
为 了观察 电极 反 应 的抗干扰 能力 ,我们 在 实验 中分
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NAD 前 , 先 往 浴 液 中 通 入 N2 除 氧 5 n H , mi,
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气 氛 保 护 , 确 保 缓 冲 溶 液 以 22 l n的 并 .mo/ mi
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,
所 有 的测 量都 在室 温 下进 行 。
果及 相关 讨论 纳 米 管 修 饰 的 丝 网 印刷 碳 电 极 对 NAD 的 电 H
基于 如下 反应 [ : ]
多壁碳纳米管 、 T^ 十 .I + . n T
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所 示 。 这 是 因 为 NAD 在 电极 表 面 发 生 氧 化 的 反 应 过 程 H
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图 7所 示 , 对 l mmo/ 的 NAD l L H, 在 不 同 时 间 ,加 入 各 种 的 干 扰 物 质 时 , 响 应 电 流 的 变 化 在 ±1.% 以 内 , 表 明 25
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验 数 据 。 实 验 前 , 先 用 超 卢 清 洗 器 清 洗 整 个 漆后 用 01 l 的 磷 酸 盐 缓 冲 溶 液 ( H= .) .mo/ L p 70
方 法
图 3所 示 实 验 检 测 系 统 。 实 验 中 , 将 丝 网 印
在 一 个 自制 的 圆 柱 筒 内 。 该 圆 柱 筒 与 两 个 液
一
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米 管修 饰 电极对 很 多反应 都 具有 十分优 良的 电化学 反应
活性。 2 溶 液 酸 碱 度 对 电 极 反 应 的 影 响 、
后 再 次 进 行 测 量 , 电 极 的 衰 减 在 1 以 内 ,表 明 电 极 有 较 % 好 的稳定 性 。 4 电 极 的 抗 干 扰 能 力 、
二、实验 部分
1 实 验 仪 器 与 实 验 试 剂 、
C 7 0 电 化 学 分 析 仪 / 作 站 ( 海 辰 华 仪 器 有 限 HI6 C I 上
》 ℃ 真 空 干 燥 箱 中 3 mi;然 后 印 刷 图 1 示 0 0 n c所
入 9  ̄ 空 干 燥 箱 中 1 i;最 后 ,可 得 如 图 0C真 5r n a
传 感器方 面具有 很好 的应用 前景 。
还 原 型 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( DH)和 氧 化 型 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 ( NA NAD ) 组 成 的 氧 化 还 原 对 是 自然 界 中 最 重 要 的 辅 酶 体 系 之 一 【。 研 究 NA 4 1 DH 的 电 化 学 氧 化 对 了 解 脱 氢 酶 反 应 中 的 电 荷 转 移
响应 电流最 大, 以后的测 量均在 p = . 条件 下进行 。 故 H 70的 3 电 极 的稳 定 性 与 重 复 性 、 用 同一 电极对 I mmo/ 的 NA l L DH 进 行 多 次 测 量 , 如
米 管修 饰 电极 对 NAD H有 较好 的 电催 化氧 化作用 。这 是