碳納米管電極在分析中的應(yīng)用與發(fā)展 開(kāi)題報(bào)告

課題來(lái)源：教師給定題目課題研究的目的和意義：碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價(jià)值。本文綜述了碳納米管的制備方法、結(jié)構(gòu)性能、應(yīng)用以及碳納米管發(fā)展趨勢(shì)。納米材料由于其尺寸處在原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域，具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，展現(xiàn)出許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。20世紀(jì)80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國(guó)都給予了極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特性質(zhì)，給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究帶米新的機(jī)遇。目的：食品安全是當(dāng)今全世界共同關(guān)注重大問(wèn)題，也是各國(guó)政府、相關(guān)國(guó)際組織、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)研究熱點(diǎn)。靈敏、快速、安全、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)前制約食品安全檢測(cè)瓶頸，結(jié)合現(xiàn)代科技最新成果之一納米技術(shù)及納米材料，將是食品安全檢測(cè)發(fā)展重要途徑。該文綜述碳納米管在食品分析中研究和應(yīng)用，對(duì)在該領(lǐng)域應(yīng)用前景進(jìn)行展望。意義：本文主要要就了碳納米管在食品分析中研究和應(yīng)用和在分析化學(xué)中的應(yīng)用碳納米修飾電極用于食品分析是將納米科技、食品科學(xué)及分析化學(xué)有機(jī)結(jié)合的研究前沿。目前碳納米修飾電極研究工作已取得較大進(jìn)展，但仍存在實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性較差、酶易失活、制備工藝較繁瑣、難以規(guī)?；a(chǎn)等問(wèn)題。隨著研究應(yīng)用不斷推進(jìn)，該類電極在靈敏度、穩(wěn)定性、線性范圍、工作電壓、信噪比、抗干擾等方面要求越來(lái)越高，有待更深入研究。與其它分析方法相比，碳納米修飾電極酶?jìng)鞲衅骶哂幸妆銛y、成本低、靈敏度高、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)；且酶催化與一般化學(xué)催化相比，具有應(yīng)用范圍廣、催化效率高、選擇性專一、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。酶是高活性、高選擇性、低能耗的生物催化劑，再加上碳納米本身催化和增敏效應(yīng)，使基于碳納米修飾電極酶?jìng)鞲衅骶哂袕V闊應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外同類課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)：目前，各國(guó)在實(shí)驗(yàn)上對(duì)碳納米管的研究方興未艾，并都取得了一定的成就，美國(guó)發(fā)明了納米秤，日本制成了鉑填充的碳納米管，德國(guó)制備出直徑為lnm的碳納米管。我國(guó)個(gè)別研究成果雖然走在了世界最前沿，如合成出世界最長(zhǎng)的碳納米管、高質(zhì)量碳納米管儲(chǔ)氫的研究等，但在納米科技領(lǐng)域的總體水平與美日歐相比，差距還很大。各國(guó)主要面臨以下兩個(gè)共同問(wèn)題，使得碳納米管不能真正得到工業(yè)應(yīng)用。①如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量碳納米管的連續(xù)批量工業(yè)化生產(chǎn)。碳納米管制備現(xiàn)狀大致是：多壁碳納米管能較大量生產(chǎn)，單壁碳納米管多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，某些制備方法得到的碳納米管生長(zhǎng)機(jī)理還不明確，對(duì)碳納米管的結(jié)構(gòu)(管徑、管長(zhǎng)、螺旋度、壁厚、管表面石墨碳的結(jié)晶度等)還不能做到任意調(diào)節(jié)和控制，影響碳納米管的產(chǎn)量、質(zhì)量及產(chǎn)率的因素太多(如催化劑顆粒的大小、碳源的種類、溫度、混合氣體的種類及比例等)，使制得的碳納米管都存在雜質(zhì)高、產(chǎn)率低等缺點(diǎn)，還沒(méi)有高效的純化碳納米管的方法。②如何更深入研究碳納米管實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。例如，在常溫常壓下如何解析氫氣及加快其儲(chǔ)氫放氫速度。如何提高碳納米管吸附容量的穩(wěn)定性和吸附壓力的敏感性。再如，怎樣才能制備出性能更為優(yōu)異或能預(yù)期其性能的碳納米管復(fù)合材料。要解決這些共同難題，就需要研究人員們一方面突破技術(shù)關(guān)鍵，進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新的、成本低廉、適合于大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管的技術(shù)，通過(guò)建模和模擬來(lái)加強(qiáng)生長(zhǎng)現(xiàn)象與機(jī)理研究；另一方面繼續(xù)深入研究其應(yīng)用，把碳納米管與各個(gè)領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮其自身優(yōu)異的特性。另外，最近碳納米管又出現(xiàn)一新的研究方向，即碳納米管薄膜的潤(rùn)濕性，已有很多學(xué)者對(duì)其潤(rùn)濕性作出了大量研究。Jiang等[11]用平板印刷術(shù)和等離子體刻蝕技術(shù)相結(jié)合，制備了具有特殊幾何形貌的硅基底，并用化學(xué)氣相沉積法在其上面沉積了具有立體各向異性微結(jié)構(gòu)陣列碳納米管薄膜。研究表明，在不改變薄膜表面的化學(xué)組成的情況下，僅僅改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，薄膜能從超親水變化到超疏水，這種現(xiàn)象是由于橫向和縱向碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的共存即立體各向異性微結(jié)構(gòu)所引起的?？v向的碳納米管陣列提供了疏水的貢獻(xiàn)，而橫向的碳納米管陣列提供了親水性的貢獻(xiàn)，并有利于水滴的鋪展。橫向和縱向碳納米管陣列組合方式的改變導(dǎo)致了其薄膜特殊的潤(rùn)濕性性質(zhì)。Lau等[12]用PECVD方法獲得了準(zhǔn)直生長(zhǎng)的碳納米管森林，然后通過(guò)HF—CVD的方法用PTFE對(duì)其進(jìn)行了表面修飾，獲得了穩(wěn)定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳躍直至脫離。Li等[13]以酞菁絡(luò)合物為原料，采取高溫裂解的方法制備了具有相當(dāng)均勻長(zhǎng)度和外徑的陣列碳納米管薄膜，研究表明，未經(jīng)處理的陣列碳納米管薄膜是超疏水和超親油的，經(jīng)過(guò)氟化(FAS)修飾以后的碳納米管薄膜表現(xiàn)出了既疏水又疏油的性質(zhì)，正是納米結(jié)構(gòu)的存在導(dǎo)致了該表面的超雙疏性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)為超雙疏表面／界面材料提供了新的思路。我們應(yīng)該看到，目前所得到的碳納米管缺陷較多，且不易分散，這大大限制了碳納米管的性質(zhì)研究和應(yīng)用研究。所以對(duì)碳納米管制備方法的研究顯得尤為重要。另外，納米尺寸的測(cè)量手段也須進(jìn)一步加強(qiáng)?？傊S著碳納米管研究的逐步深入以及納米科技的快速發(fā)展，納米碳材料將會(huì)對(duì)全世界的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大的影響。課題研究的主要內(nèi)容和方法，研究過(guò)程中的主要問(wèn)題和解決辦法：本文主要是研究碳納米管電極在食品分析中的引用進(jìn)展。闡述了進(jìn)行食品分析的一種新的方法，并對(duì)對(duì)其前景提出一種新的看法。主要采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行分析。論文主要分為以下幾個(gè)步驟；對(duì)當(dāng)今食品分析得方法和重要意義進(jìn)行介紹介紹碳納米材料的結(jié)構(gòu)碳納米修飾電極在食品分析中研究進(jìn)展碳納米生物傳感器在食品分析中研究進(jìn)展碳納米技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景通過(guò)查閱大量的相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決所提出的觀點(diǎn)。課題研究起止時(shí)間和進(jìn)度安排：**年**月**日初步選定課題方向**年**月**日準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告**年**月**日閱讀相關(guān)的參考文獻(xiàn)，熟悉實(shí)驗(yàn)原理以及儀器設(shè)備，確定方案**年*