多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为.docx

多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为.docx

《多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为

自1991年Iijima[1]用高分辨透射电镜发现碳纳米管以来,由于碳纳米管独特的结构形态,表现出金属或半导体特性,而且由于它具有导电性和完整的表面结构,是一种良好的电极材料,可以明显促进电子的传递,所以碳纳米管作为电极上的一种修饰材料受到广泛关注.近年来,有关碳纳米管修饰电极的研究报道逐年增加,主要的应用研究有:

抗坏血酸、多巴胺、肾上腺素等生物分子的分离检测[2,3],细胞色素c的直接电子转移[4],硫化氢的电化学检测[5]和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH的电化学氧化[6]等.

DA作为人体内一种重要的中枢神经传递物质[7],即使在生物体内含量微小的变化,都会引起某些疾病,因此对于这些生物体内DA含量的测定以及了解其反应过程,不管是是在神经学方面,还是在相关疾病或药物控制方面都有重要的意义.目前有关碳纳米管修饰电极对DA的分析检测方面的研究已有报道[8-10],但是关于其反应过程参数计算及过程推断的研究还很少.本文通过不同的电化学方法研究计算得到了DA在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学氧化的一些重要参数,并根据实验结果推断了DA在多壁碳纳米管修饰电极上的一些电化学反应过程.

1实验部分

1.1仪器与试剂

多壁碳纳米管（MWNT系深圳多维新材料有限公司产品.DA（Aldrich-Sigma公司、十六烷基磷酸（DHP及其他实验试剂均为分析纯.所用水均为实验室自制二次蒸馏水.

缓冲液为0.05mol/LKH2PO4+0.05mol/LNaOH水溶液（pH=6.0,其pH值分别用0.1mol/LHCl和0.1mol/LNaOH溶液调节.CHI660a电化学工作站（上海辰华仪器有限公司;KQ-50B超声波清洗器（中国昆山超声;Prestige-2红外光谱仪（DaoJin,Japan.

实验采用三电极体系:

参比电极为饱和甘汞电极（SCE,对电极为铂电极（213型,工作电极为裸玻碳电极和多壁碳纳米管修饰玻碳电极.

收稿日期:

2009-05-25

作者简介:

叶芳（1983-,女,湖北武汉人,韶关学院化学与环境工程学院助教,主要从事电化学修饰电极的研究.

韶关学院学报·自然科学JournalofShaoguanUniversity·NaturalScience2009年9月

多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为

叶芳1,南俊民2

（1.韶关学院化学与环境工程学院,广东韶关512005;

2.华南师范大学化学与环境工程学院,广东广州510006

摘要:

采用循环伏安法、微分脉冲伏安法、计时安培法研究多巴胺（DA在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为,计算得到了多壁碳纳米管修饰电极有效面积Aeff以及DA电化学氧化过程的一些重要参数.实验结果显示,本实验条件下DA在碳纳米管修饰电极上的氧化反应受吸附过程控制.微分脉冲伏安结果显示,催化氧化峰电流与DA浓度在5×10-5mol/L至5×10-7mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限达4.0×10-8mol/L（S/N=3.

关键词:

电化学;多壁碳纳米管;修饰电极;多巴胺

中图分类号:

O646.54文献标识码:

A文章编号:

1007-5348（200909-0066-05

第9期

1.2MWNT修饰电极的制备

1.2V电位下活化3min[11].

MWNT和5mgDHP中加5mL二次蒸馏水,超声分散30min,得MWNT分散液,滴加该分散液8μL于处理好的裸玻碳电极表面,红外灯下干燥,即得实验所用MWNT修饰玻碳电极.

2

结果与讨论2.1MWNT修饰电极的电化学性质

图1磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线图2纯化后的多壁纳米碳管的红外光谱图

a.修饰电极

b.裸玻碳电极

将MWNT修饰电极置于0.5mmol/LK4Fe（CN6+0.1mol/LKCl在水溶液中,于不同扫描速率下测定其循环伏安图（见图3.根据Randles-Sevick公式[13]:

ip=2.69×105n3

图4为0.05mmol/LDA的循环伏安图,从图中可以看出,在裸玻碳电极上的氧化峰和还原峰电流都较小,氧化还原峰电位分别为0.376V和0.058V（图4b.在MWNT修饰电极上（图4a,可看到一对很明显

V,电位差明显缩小,表明反应的可逆性增强,电极表面的碳纳米管修饰层促进了反应中电子的转移,这除了与碳纳米管具有较小的几何尺寸及特殊的电子结构和导电性能有关以外,更重要的可能是碳纳米管表面含有许多含氧功能基团,如羧基、羟基及羰基等.

2.3缓冲溶液pH值的影响

实验考察了不同pH值条件下,DA在碳纳米管修饰电极

上的微分脉冲伏安（DPV曲线的差异.图5表明峰电位随pH

值增加而线性减小,线性关系为Ep=0.56665-0.0623pH,

R=0.99894,其斜率为62.3mV/pH,与理论值59mV/pH很接

近,表明电子转移数同参与电极反应的氢离子数是相等的[14],

即该反应为两电子两质子转移过程.

2.4扫描速率的影响

从上面的分析可知,DA在MWNT修饰电极上的反应为

准可逆反应,其电荷传递系数α和反应速率常数k可在较高

扫描速率下进行循环伏安扫描（见图6.根据峰电流与峰电

位的关系[15]:

ip=0.227×10-3nFAC0kexp[-anαF（Ep-E1/2]

（可逆反应的半波电位E1/2可根据循环伏安图估算,得

DA的E1/2=0.224V,

可知logip与（Ep-E1/2成直线关系,从而可得其截距=log

[（0.227×10-3nFAC0k]=-4.757825,（阳极和阴极过程均为一

直线,从图中得二者的截距,取其平均值,故反应速率常数

k=8.14×10-2cm/s.

斜率=（1-αnαF=8.00114（阳极过程,

斜率=-αnαF

2.3RT

=-10.18295（阴极过程.

从1到6扫描速率分别为180、200、230、280、350,400mV/s

图5MWNT修饰电极在0.05mmol/LDA溶液中的DPV曲线及峰电位与pH值的关系图

从1到7pH值分别为2.0、3.0、3.49、4.51、6.0、7.0

、9.0

图3MWNT修饰电极在0.5mmol/LK4Fe（CN6

溶液中不同扫描速率的循环伏安图及i∽v

1

2关系图

1到8扫描速率分别为10、30、50、70、100、150、250、300、400mV/s

图40.05mmol/LDA（pH=6.0的循环伏安图

a.修饰电极

b.裸玻碳电极

E/V

i

/

×

1

A

第9期

叶芳,等:

多巴胺在多壁碳纳米管修饰电极上的电化学行为·69·用循环伏安法研究扫描速率和氧化还原峰电流之间的关系可知:

氧化与还原峰电流与扫描速率在10~400mV/s之间有良好的线性关系,说明DA在MWNT修饰电极上的氧化还原过程均受吸附控制.

2.5线性范围、检出限、重现性及电极表面更新

3结论

MWNT修饰电极对DA有明显的电化学催化作用,对比裸玻碳电极,其峰电流明显增强,氧化还原峰电位差减小,可逆性增加.计算得到碳纳米管修饰电极有效反应面积Aeff=0.09796cm2,传递系数α=0.560,控制步骤的反应电子数nα=1.07,反应速度常数k=8.14×10-2cm/s.根据实验结果可知,本实验条件下DA在MWNT修饰电极上的氧化反应是两电子两质子转移过程并受吸附过程控制,并且微分脉冲伏安法结果表明:

催化氧化峰电流与DA浓度在5×10-7mol/L~5×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限达4.0×10-8mol/L（S/N=3.

参考文献:

[1]IijimaS.Helicalmicrotubeofgraphiticcarbon[J].Nature,1991,354（6348:

56-58.

[2]王宗花,刘军,颜流水,等.碳纳米管修饰电极的孔性界面对电分离多巴胺和抗坏血酸的影响[J].高等学校化学学报,2003,24（2:

236-240.

[3]王歌云,王宗花,肖素芳,等.碳纳米管修饰电极对多巴胺和肾上腺素的电分离及同时测定[J].分析化学,2003,31（11:

1281-1285.

[4]WangJ,LiM,ShiZ,etal.DirectElectrochemistryofCytochromecataGlassyCarbonElectrodeModifiedwithSingle-Wall

CarbonNanotubes[J].AnalyticalChemistry,2002,74（9:

1993-1997.

[5]LawrenceNS,DeoRP,WangJ.Electrochemicaldeterminationofhydrogensulfideatcarbonnanotubemodifiedelectrodes[J].

AnalyticaChimicaActa,2004,517（1-2:

131-137.

[6]MusamehM,WangJ,MerkociAJ,etal.Low-potentialstableNADHdetectionatcarbon-nanotube-modifiedglassycarbon

electrodes[J].ElectrochemistryCommunications,2002,4（10:

743-746.

[7]ZareHR,RajabzadehN,NasirizadehN,etal.Voltammetricstudiesofanoracetbluemodifiedglassycarbonelectrodeandits

applicationforthesimultaneousdeterminationofdopamine,ascorbicacidanduricacid[J].JournalofElectroanalyticalChemistry.

2006,589（1:

60-69.

[8]赫春香,赵常志,唐祯安,等.碳纳米管修饰电极对多巴胺和抗坏血酸的电催化氧化[J].分析化学,2003,31（8:

958-960.

[9]孙延一,吴康兵,胡胜水.多壁碳纳米管-Nafion化学修饰电极在高浓度抗坏血酸和尿酸体系中选择性测定多巴胺[J].

高等学校化学学报,2002,23（11:

2067-2069.

[10]邓雪蓉,王立世,张水锋,等.电聚合O-ImBPTPPMn（ⅢCl膜修饰玻碳电极同时测定抗坏血酸和多巴胺[J].分析化学,

2006,34（5:

637-641.

[11]李权龙,袁东星,林庆梅.多壁碳纳米管的纯化[J].化学学报,2003,61（6:

931-936.

[12]WangZH,LiangQL,WangYM,etal.Carbonnanotube-intercalatedgraphiteelectrodesforsimultaneousdeterminationofdopamine

andserotonininthepresenceofascorbic[J].JournalofElectroanalyticalChemistry,2003,540（4:

129-134.

韶关学院学报·自然科学2009年·70·

[13]AllenJB,LarryRF.Electrochemicalmethodsfundamentalsandapplications[M].NewYork:

JohnWiley&SONS,Inc,2001.

[14]ZhuYH,ZhangZL,PangDW.Electrochemicaloxidationoftheophyllineatmulti-wallcarbonnanotubemodifiedglassy

carbonelectrodes[J],JournalofElectroanalyticalChemistry,2005,581（2:

303-309.

[15]罗红霞,施祖进,李南强,等.羧基化单层碳纳米管修饰电极的电化学表征及其电催化作用[J].高等学校化学学报,2000,21（9:

1372-1374.

Electrochemicalbehaviorofdopamineonmulti-walled

carbonnanotubemodifiedelectrode

YEFang1,NANJun蛳min2

（1.CollegeofChemistryandEnvironmentEngineering,ShaoguanUniversity,Shaoguan,512005,Guangdong,China;

2.CollegeofChemistryandEnvironmentEngineering,SouthChinaNormalUniversity,

Guangzhou510006,Guangdong,China

Keywords:

electrochemical;multi-walledcarbonnanotube;modifiedelectrode;dopamine

（ED.:

Y,D