基于三维有序大孔碳的电化学生物传感器研究

三维有序大孔碳（3DOMC）具有大孔径、开放式结构、传质快、良好的生物相容性和导电性等诸多优点，是发展灵敏度高、稳定性和选择性好的电化学生物传感器的重要新型电极修饰材料。本项目提出利用3DOMC构建性能优异的电化学生物传感器，拟围绕如下关键科学问题进行深入和系统地研究：通过控制实验条件制备具有不同结构特征的3DOMC，详细表征其结构特性；以某些生物大分子（如酶、蛋白质和DNA）为研究对象，用多种电化学方法，系统研究3DOMC的结构与其电化学及电催化性能的关系；确定影响3DOMC对生物大分子电催化活性的主要结构因素，探讨催化机理；筛选出最佳合成条件，制备电催化性质优异的3DOMC材料，构建基于3DOMC材料的高效电化学生物传感器。本项目的成功将对3DOMC的结构与电化学性质的关系、3DOMC对生物大分子的电催化机制有较为全面、系统地了解，为构建高性能的电化学生物传感器提供重要的理论和实践依据

本研究项目的结果包括三方面内容：1. 合成条件与大孔碳结构的关系研究；2. 大孔碳结构与电化学及电催化性质的关系研究；3．大孔碳与介孔碳及其复合材料对生物分子电催化性能研究。.第一方面，考察了合成条件与3DOMC结构的关系，发现合成过程中多因素影响3DOMC结构，如模板、碳源、碳化温度等。.第二方面，研究发现大孔碳本身电催化能力有限，但它是催化剂的良好载体，合成了多种大孔碳复合材料，考察了这些材料结构与其电化学及电催化性质的关系，探讨及提出了催化机理，针对不同生物分子筛选电催化性能最好的3DOMC，构建了多种高性能电化学生物传感器。 .第三方面，选择不同尺寸和性质的生物分子，研究了大孔碳与介孔碳对生物分子电催化能力，探讨和揭示了大孔碳和介孔碳电催化作用机理，如掺杂、高比表面积和缺陷位点（介孔碳）对电极过程的影响。.研究发现，相比于孔径尺寸，多孔碳材料的比表面积是影响其电催化性能的主要因素。增大孔径会减少材料的比表面积和表面缺陷位点数量，降低大孔碳材料的电催化活性。直接用于电催化的大孔碳控制孔径在50 nm 左右为宜（即大介孔碳）。此外，我们还合成了若干种新型介孔碳和纳米碳纤维，研究了它们的电化学及电催化性质，制备了传感器。.大孔碳及其功能材料是一类极具应用前景的电极材料，有望在电化学、电分析及生物传感器等多个领域发挥重要作用。