铁氧体基复合材料的制备及其电化学传感应用

化学式为MFe_2O_4的尖晶石铁氧体具有立方晶体结构,属于Fd3m空间群,每个晶胞有56个原子。尖晶石结构式单元中的genetic rewiringM表示二价金属离子,如Co~(2+)、Mg~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)和Zn~(2+)等。在尖晶石结构中,O~(2-)离子被填充到面心立方(Face Center Cubic,FCC)晶格中,而金属占据四面体和八面体位点。每个分子式单元有八个四面体和四个八面体位点,通常八面体位点的间隙比四面体位点的间隙大。尖晶石铁氧体纳米材料作为催化剂,具有催化效率高、制备简单、稳定性良好和回收利用率高等先天优势。此外,金属阳离子灵活的位置和价态可变性主导尖晶石铁氧体催化活性,这为设计适当的催化剂提供了可能性。迄今为止,尖晶石铁氧体因其出色的磁性,生物相容性和催化性能而引起了研究人员的关注。本论文制备了两种可应用到分析检测领域的纳米探针:1)采用钴铁普鲁士蓝类似物(Cobalt-Ferrum Prussian Blue Analogue,Co-Fe PBA)为前驱体,然后烧结制备了CoFe_2O_4纳米立方体,最终成功分散于还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,rGO);2)通过两步水热法,利用ZnFe_2O_4纳米微晶对二硫化锡(Sn此网站S_2)进行表面修饰。具体内容如下:第一部分:基于普鲁士蓝类似物衍生的CoFe_2O_4纳米立方体的电化学生物传感器用于检测多巴胺多巴胺(Dopamine,DA)作为肌肉张力突触的神经递质之一,在中枢神经系统的功能中发挥着重要作用。多巴胺水平异常与各种疾病的发生和发展有关,如帕金森病、阿尔茨海默病、精神分裂症、高血压和心力衰竭等。在本工作中,我们成功地设计了一种基于CoFe_2O_4/rGO的电化学传感器,在复杂生理环境中可靠和选择性地检测DA。其中具有大比表面积rGO解决了CoFe_2O_4纳米立方体的聚集行为,提供了大量活性位点,降低了电子转移活化能。由于CoFe_2O_4和rGO之间的协同作用,提高了DA检测的灵敏度和线性范围。该传感器线性范围为0.625-201.2μM,检测限(Limit Of Detection,LOD)为0.03μM。在实际样本血清DA的检测中,该传感器的回收率为94.9%-99.8%,相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)为2.60%-3.95%。基于这些优点,本文提出的DA传感器有望为设计具有高选择性的电化学传感器以检测其他电活性分子提供一种通用的方法。第二部分:超细ZnFe_2O_4纳米微晶的合成及电化学传感平台的构建木犀草素(Luteolin,Lu)广泛存在于蔬菜、中草药和水果中。它具有多种有益健康的生物学特性,如抗炎、抗菌和抗氧化性。在这项工作中,首先采用水热法制备了ZnFe_2O_4纳米微晶。然后,以SnS_2纳米片为载体,ZnFe_2O_4为修饰层,制备了ZnFe_2O_4/SnS_2复合材料。该复合材料显示出高电化学活性和更多的活性位点,这有利于提高其电化学传感性能。ZnFe_2O_4/SnS_2传感平台用于检测Lu,具有可观的线性范围、检测限和抗干扰能力。此外,该传感平台已成功用于干菊花中Lu的检测,回收率为97.2%-101%,RSD为1.29%-2.22%。这项工作可为ZnFe_2O_4/SnS寻找更多_2复合材料在含木犀草素的其他草药中定性和定量检测的Lu应用提供一些理论支持。