三维有序大孔碳(3DOMC)具有大孔径、开放式结构、传质快、良好的生物相容性和导电性等诸多优点,是发展灵敏度高、稳定性和选择性好的电化学生物传感器的重要新型电极修饰材料。本项目提出利用3DOMC构建性能优异的电化学生物传感器,拟围绕如下关键科学问题进行深入和系统地研究通过控制实验条件制备具有不同结构特征的3DOMC,详细表征其结构特性;以某些生物大分子(如酶、蛋白质和DNA)为研究对象,用多种电化学方法,系统研究3DOMC的结构与其电化学及电催化性能的关系;确定影响3DOMC对生物大分子电催化活性的主要结构因素,探讨催化机理;筛选出最佳合成条件,制备电催化性质优异的3DOMC材料,构建基于3DOMC材料的高效电化学生物传感器。本项目的成功将对3DOMC的结构与电化学性质的关系、3DOMC对生物大分子的电催化机制有较为全面、系统地了解,为构建高性能的电化学生物传感器提供重要的理论和实践依据
Three-Dimensional Ordered Macr;Electrochemical biosensor;Electrocatalysis;;
本研究项目的结果包括三方面内容1. 合成条件与大孔碳结构的关系研究;2. 大孔碳结构与电化学及电催化性质的关系研究;3.大孔碳与介孔碳及其复合材料对生物分子电催化性能研究。第一方面,考察了合成条件与3DOMC结构的关系,发现合成过程中多因素影响3DOMC结构,如模板、碳源、碳化温度等。第二方面,研究发现大孔碳本身电催化能力有限,但它是催化剂的良好载体,合成了多种大孔碳复合材料,考察了这些材料结构与其电化学及电催化性质的关系,探讨及提出了催化机理,针对不同生物分子筛选电催化性能最好的3DOMC,构建了多种高性能电化学生物传感器。 第三方面,选择不同尺寸和性质的生物分子,研究了大孔碳与介孔碳对生物分子电催化能力,探讨和揭示了大孔碳和介孔碳电催化作用机理,如掺杂、高比表面积和缺陷位点(介孔碳)对电极过程的影响。研究发现,相比于孔径尺寸,多孔碳材料的比表面积是影响其电催化性能的主要因素。增大孔径会减少材料的比表面积和表面缺陷位点数量,降低大孔碳材料的电催化活性。直接用于电催化的大孔碳控制孔径在50 nm 左右为宜(即大介孔碳)。此外,我们还合成了若干种新型介孔碳和纳米碳纤维,研究了它们的电化学及电催化性质,制备了传感器。大孔碳及其功能材料是一类极具应用前景的电极材料,有望在电化学、电分析及生物传感器等多个领域发挥重要作用。