基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究

doi:10.7503/cjcu20150343

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (10): 1888.doi: 10.7503/cjcu20150343

基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究

朱刚兵^1,²(), 裴元鹏¹, 陈煜轩¹, 易银辉¹, 孙恒¹, 吴向阳¹

1. 江苏大学环境与安全工程学院,江苏高校水处理技术与材料协同创新中心, 镇江 212013
2. 湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室, 长沙 410082

收稿日期:2015-04-28 出版日期:2015-10-10 发布日期:2015-09-18
作者简介:联系人简介: 朱刚兵, 男, 博士, 讲师, 主要从事电分析化学研究. E-mail:zhgb1030@ujs.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21405062)、湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室开放基金(批准号: 2014012)、中国博士后科学基金(批准号: 2014M551507)和江苏高校优势学科建设工程项目资助

Electrochemical Sensing of 1-Naphthylamine Based on Multiwalled Carbon Nanotubes@graphene Oxide Nanoribbons Core-shell Heterostructure^†

ZHU Gangbing^1,^2,^*(), PEI Yuanpeng¹, CHEN Yuxuan¹, YI Yinhui¹, SUN Heng¹, WU Xiangyang¹

1. School of the Environment and Safety Engineering, Collaborative Innovation Center of Technology and Material of Water Treatment, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
2. State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics, Hunan University, Changsha 410082, China

Received:2015-04-28 Online:2015-10-10 Published:2015-09-18
Contact: ZHU Gangbing E-mail:zhgb1030@ujs.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21405062), the Opening Project of State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics of Hunan University, China(No.2014012), the Postdoctoral Science Foundation of China(No.2014M551507) and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions, China

摘要/Abstract

摘要：

通过部分氧化剥离多壁碳纳米管(MWCNTs), 制备了氧化石墨烯纳米带(GONRs)包覆的MWCNTs核壳结构复合物(MWCNTs@GONRs); 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和拉曼光谱仪等对MWCNTs@GONRs的形貌和结构进行了表征; 并将该复合物修饰玻碳电极(GCE)应用于甲萘胺(1-NA)的电化学传感研究. 由于MWCNTs和GONRs的协同作用(如MWCNTs可提供快速的电子传递通道, GONRs表面带负电含氧官能团提高其对目标分子1-NA的富集量), MWCNTs@GONRs/GCE可实现对1-NA的高灵敏检测, 线性范围为8.0~400.0 nmol/L, 检出限为2.5 nmol/L.

关键词: 石墨烯纳米带, 甲萘胺, 电化学传感, 碳纳米管, 核壳结构

Abstract:

A novel core-shell heterostructure with multiwalled carbon nanotubes(MWCNTs) as the core and graphene oxide nanoribbons as the shell(MWCNTs@GONRs) was prepared from longitudinal partially unzipping of MWCNTs and applied in electrochemical sensing of 1-naphthylamine(1-NA). Scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis were used to characterize the morphology and structures of MWCNTs@GONRs. Owing to the synergistic effects from MWCNTs and GONRs, the oxidation peak current of 1-NA at the MWCNTs@GONRs modified glassy carbon electrode(GCE) are much higher than those at the MWCNTs/GCE and bare GCE, and the MWCNTs@GONRs/GCE has a linear response range of 8.0—400.0 nmol/L with a detection limit of 2.5 nmol/L for 1-NA determination.

Key words: Graphene nanoribbons, 1-Naphthylamine, Electrochemical sensing, Carbon nanotubes, Core-shell heterostructure(Ed.: N,K)

中图分类号:

O656.3

TrendMD:

朱刚兵, 裴元鹏, 陈煜轩, 易银辉, 孙恒, 吴向阳. 基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究. 高等学校化学学报, 2015, 36(10): 1888.

ZHU Gangbing, PEI Yuanpeng, CHEN Yuxuan, YI Yinhui, SUN Heng, WU Xiangyang. Electrochemical Sensing of 1-Naphthylamine Based on Multiwalled Carbon Nanotubes@graphene Oxide Nanoribbons Core-shell Heterostructure^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(10): 1888.

图/表 9

Scheme 1 Procedure for the preparation of MWCNTs@GONRs and detecting 1-NA electrochemically

Fig.1 Proposed chemical mechanism of MWCNTs unzipping

Fig.2 SEM(A, B) and TEM(C, D) images of MWCNTs(A, C) and MWCNTs@GONRs(B, D)

Fig.3 FTIR spectra(A), TGA curves(B) and Raman spectra(C) of MWCNTs(a) and MWCNTs@GONRs(b)

Fig.4 CV responses of 20 μmol/L 1-NA(A, scan rate: 50 mV/s) and DPV responses of 100.0 nmol/L 1-NA(B) at GCE(a), MWCNTs/GCE(b) and MWCNTs@GONRs/GCE(c) in PBS solution(pH=7.0)

Fig.5 Effects of the amount of MWCNTs@GONRs(A) and the accumulation time(B) on the DPV peak currents of 80.0 nmol/L 1-NA at the MWCNTs@GONRs/GCE

Fig.6 DPV responses at the MWCNTs@GONRs/GCE in PBS containing different concentrations of 1-NA(A) and the calibration curve of 1-NA(B) Concentration of 1-NA/(nmol·L-1): a—f. 8.0; 50.0; 100.0; 180.0; 280.0; 400.0.

Table 1 Comparison of different modified electrodes for the detection of 1-NA

Electrode	Detection limit/(nmol·L^-1)	Linear range/(nmol·L^-1)	Reference
Carbon paste electrode	130	10—100000	[18]
Boron doped diamond electrode	70	200—10000	[19]
MWCNTs@GONRs/GCE	2.5	8—400	This work

Table 2 Determination of 1-NA in water samples

Sample	Added/(nmol·L^-1)	Found/(nmol·L^-1)	Recovery(%)
a	10.0	9.6	96.0
b	50.0	49.2	98.4
c	150.0	143.8	95.8
d	300.0	293.5	97.8

参考文献 19

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基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究

Electrochemical Sensing of 1-Naphthylamine Based on Multiwalled Carbon Nanotubes@graphene Oxide Nanoribbons Core-shell Heterostructure^†

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基于碳纳米管@氧化石墨烯纳米带核壳结构复合物的甲萘胺电化学传感研究

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