金刚石纳米结构的可控制备与表面修饰及其电化学特性研究

具有极端特性的金刚石纳米结构（纳米锥和纳米棒）在纳米电子、纳米生物及电化学等领域具有很大的应用潜能。本项目采用偏压辅助反应离子刻蚀方法,在荷能粒子作用下刻蚀硼掺杂金刚石薄膜，构造具有尺寸、密度、结构可控的硼掺杂金刚石纳米锥和纳米棒及其阵列，并实现其图案化。研究酪氨酸酶在硼掺杂金刚石纳米结构与纳米阵列的表面功能化修饰及其电化学特性，构建具有特定功能的硼掺杂金刚石纳米结构与纳米阵列修饰电极，并用于对酚类化合物与多巴胺的高灵敏探测。搞清楚反应离子特性与刻蚀掩模在硼掺杂金刚石纳米结构形成过程中的作用和影响、酪氨酸酶与硼掺杂金刚石纳米结构间的表面反应，阐明硼掺杂金刚石纳米锥与纳米柱的形成机制、表面修饰反应机理。发展金刚石纳米结构的可控制备技术及这种新型碳功能材料在生物化学传感、超微电极、痕量分析检测等领域的应用。

具有极端特性的金刚石纳米锥和纳米棒在纳米电子、纳米生物及电化学等领域具有很大的应用潜能。本项目利用微波等离子体化学气相沉积系统制备了硼掺杂金刚石薄膜，通过偏压辅助反应离子刻蚀方法，在荷能粒子作用下刻蚀金刚石薄膜，构建了均一、垂直、尺寸可控的金刚石纳米结构（纳米锥和纳米棒）及其阵列，阐明了有掩膜和无掩膜作用下金刚石纳米结构的形成机制。研究了硼掺杂金刚石薄膜及其纳米结构的表面氨基化修饰和金纳米粒子自组装，获得了单层、密度高达1.3×1011个/cm2的金纳米粒子，并对罗丹明6G（R6G）分子进行了探测，结果表明金纳米粒子修饰的金刚石是 Raman 活性的良好基底材料。采用循环伏安法研究了硼掺杂金刚石薄膜及其纳米结构电极的电化学性能，研究表明硼掺杂金刚石薄膜电极在尿酸和抗坏血酸这两种干扰物质共存时仍可对葡萄糖进行选择性灵敏检测，硼掺杂金刚石纳米锥和纳米棒阵列电极具有高效率、高灵敏特性和良好的重复性。构建了基于酪氨酸酶功能化的硼掺杂纳米金刚石薄膜生物传感器，并对酚类化合物进行了检测，得到了宽检测范围、高灵敏度和低检测限（1.2μM）。通过课题研究发展了一种新颖的金刚石纳米结构及其阵列制备技术，研究结果将促进金刚石纳米结构在化学生物传感、环境监测和电子器件等领域的应用。