基于纳米碳管无机和有机复合物修饰电极的多氯联苯电化学传感器中的几个关键问题

多氯联苯是一类对生态环境和人类健康构成威胁的持久性有机污染物之一，建立其快速检测新方法具有重要的研究价值。反应物分子在电极表面扩散与吸附问题的研究对设计并构筑新型化学修饰电极用于电化学传感器具有重要意义。本项目拟构建基于纳米碳管无机复合物和有机复合物修饰电极的新型多氯联苯电化学传感器。通过考察多氯联苯分子在修饰电极表面的Stokes-Einstein行为，探讨多氯联苯分子的扩散动力学。通过考察不同吸附引起的阻抗谱变化，解析电荷传递电阻和双电层电容与吸附的关系，探讨多氯联苯分子在修饰电极表面的吸附动力学。本项目融合纳米材料学、理论电化学与实验电化学等多学科知识，解决基于纳米材料修饰电极的多氯联苯电化学传感器中的质量输运和电化学扩散与吸附等关键问题，建立基于电极过程动力学的纳米材料修饰电极的联苯类分子的电化学分析方法。本项目的成功实施，将为发展新型联苯电化学传感器提供重要的理论依据与参考。

本项目以纳米金属氧化物(氧化铝，氧化镁等)，纳米碳管/芘环环糊精纳米杂合物，以及其它纳米碳材料等构筑新型电化学敏感界面，并将其应用于多氯联苯等水中微污染物的检测，探索敏感界面的主体性质、吸附性能等对其在电化学检测中的指导意义。相关研究成果为新型电化学传感器的发展提供理论基础和技术支撑。代表性研究成果包括：.(1)合成了SWCNT/PyCD纳米杂合物。结合多氯联苯分子的电化学惰性，首次提出采用电化学交流阻抗法，通过在SWCNT/PyCD纳米杂合物敏感界面形成主客体分子包合物的原理来检测多氯联苯(PCB-77)。又采用直接氧化还原的方法，将高效电子供受体SWCNT/PyCD敏感界面应用于环境有毒微污染物对硝基苯酚和邻硝基苯酚的超高灵敏度和选择性检测。.(2)应用具有高吸附性能的γ-AlOOH@SiO2/Fe3O4多层磁性微球，MgO/Nafion电极以及新型抛光活化α-Al2O3 纳米修饰电极对重金属离子和有机磷农药分子进行检测。在γ-AlOOH@SiO2/Fe3O4膜电极上，Zn(II)、Cd(II)、Pd(II)、Cu(II)、Hg(II) 的析出峰电位出现在不同的区域，峰电位相差190~506 mV，五种离子相互无干扰，检测限远低于WHO规定的饮用水标准。由于对Pb(II) 和Cd(II)的选择性吸附，MgO/Nafion电极可以用来选择性检测溶液中Pb(II)和Cd(II)。作为金属氧化物，新型抛光活化α-Al2O3 纳米颗粒修饰电极对于机磷农药的检测具有非常高的灵敏度、选择性和稳定性。本研究是首次将α- Al2O3 纳米材料吸附剂应用于有机磷农药分子的电化学检测，拓展了金属氧化物（除ZrO2 纳米粒子外）在检测有机磷农药方面的应用。.(3)研究论证了采用温和的氧气-等离子体氧化技术将表面缺陷和含氧官能团引入到多壁碳纳米管的表面，可用于Cd(II)和Pb(II) 检测。结果表明，poMWCNTs的吸附能力有利于重金属离子的检测。同时探索了一种构筑有机磷农药敏感界面的新方法，即不需要进行额外修饰，在纳米材料合成过程中直接引入对有机磷农药具有选择性吸附能力的羟基、羰基等功能基团，实验证明羟基/羰基化的碳质微球可以进行高选择性有机磷类农药的分析检测。.在本项目的支持下，发表CC, JPCC, LANGMUIR, EC, EA, ANALYST等SCI 收录论文19篇。