基於三維有序大孔碳的電化學生物感測器研究

《基於三維有序大孔碳的電化學生物感測器研究》是依託東北師範大學，由郭黎平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於三維有序大孔碳的電化學生物感測器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭黎平
• 依託單位：東北師範大學

項目摘要

三維有序大孔碳（3DOMC）具有大孔徑、開放式結構、傳質快、良好的生物相容性和導電性等諸多優點，是發展靈敏度高、穩定性和選擇性好的電化學生物感測器的重要新型電極修飾材料。本項目提出利用3DOMC構建性能優異的電化學生物感測器，擬圍繞如下關鍵科學問題進行深入和系統地研究：通過控制實驗條件製備具有不同結構特徵的3DOMC，詳細表征其結構特性；以某些生物大分子（如酶、蛋白質和DNA）為研究對象，用多種電化學方法，系統研究3DOMC的結構與其電化學及電催化性能的關係；確定影響3DOMC對生物大分子電催化活性的主要結構因素，探討催化機理；篩選出最佳合成條件，製備電催化性質優異的3DOMC材料，構建基於3DOMC材料的高效電化學生物感測器。本項目的成功將對3DOMC的結構與電化學性質的關係、3DOMC對生物大分子的電催化機制有較為全面、系統地了解，為構建高性能的電化學生物感測器提供重要的理論和實踐依據

結題摘要

本研究項目的結果包括三方面內容：1. 合成條件與大孔碳結構的關係研究；2. 大孔碳結構與電化學及電催化性質的關係研究；3．大孔碳與介孔碳及其複合材料對生物分子電催化性能研究。 第一方面，考察了合成條件與3DOMC結構的關係，發現合成過程中多因素影響3DOMC結構，如模板、碳源、碳化溫度等。 第二方面，研究發現大孔碳本身電催化能力有限，但它是催化劑的良好載體，合成了多種大孔碳複合材料，考察了這些材料結構與其電化學及電催化性質的關係，探討及提出了催化機理，針對不同生物分子篩選電催化性能最好的3DOMC，構建了多種高性能電化學生物感測器。 第三方面，選擇不同尺寸和性質的生物分子，研究了大孔碳與介孔碳對生物分子電催化能力，探討和揭示了大孔碳和介孔碳電催化作用機理，如摻雜、高比表面積和缺陷位點（介孔碳）對電極過程的影響。 研究發現，相比於孔徑尺寸，多孔碳材料的比表面積是影響其電催化性能的主要因素。增大孔徑會減少材料的比表面積和表面缺陷位點數量，降低大孔碳材料的電催化活性。直接用於電催化的大孔碳控制孔徑在50 nm 左右為宜（即大介孔碳）。此外，我們還合成了若干種新型介孔碳和納米碳纖維，研究了它們的電化學及電催化性質，製備了感測器。 大孔碳及其功能材料是一類極具套用前景的電極材料，有望在電化學、電分析及生物感測器等多個領域發揮重要作用。