基于水热调控钛酸盐纳米管阵列电极的高效电化学生物传感平台研究

近年来，一维钛酸盐纳米管（TNT）膜在高效催化、光电转换以及高比表面电极方面应用广泛，其制备表征、形成机理和功能性研究受到了学术界和工业界的广泛关注。然而，能够在非受迫条件下，在二维表面一步获得取向垂直的TNT阵列的水热制备研究的例子还不多见。本项目基于对一种特殊的水热调控钛酸盐晶体表面定向生长和规则排列现象的发现，拟通过系统水热实验研究，结合结构化学和形态学表征结果，揭示TNT阵列水热形成的普适规律，获得结构形貌可控的TNT阵列；进而基于其高度有序的介孔结构、独特的表面效应和强离子交换吸附效应，采用适用的模板组装技术，定向组装或限域沉积纳米金，构成高活性纳米线、纳米管和纳米结构金阵列电极，系统研究模板结构与阵列电极参数和界面性能之间的构性关系；在优化水热反应参数和模板组装过程的基础上，发展基于固定模型蛋白酶的阵列电极基高效电化学生物传感平台。

利用水热方法在钛片上直接生长钛酸盐纳米管阵列，在氢氧化钠反应主体系中，通过改变反应条件如水热反应温度、反应时间、体系中氢氧化钠浓度以及表面处理步骤等，获得了钛酸盐纳米管晶体结构化学和形态学实验数据，探讨了钛酸盐纳米管的水热生长机制。研究发现，在10 M氢氧化钠体系中，温度140℃时反应6小时，得到了钛酸盐纳米管阵列。. 以钛酸盐纳米管阵列为模板，通过离子交换、化学和电化学沉积技术定向组装或限域沉积纳米金，制备了多种纳米金/钛酸盐纳米管阵列电极。利用纳米金/钛酸盐纳米管阵列的类过氧化物酶性质，研究了其对过氧化氢的催化性能。在纳米金/钛酸盐纳米管阵列上，通过定向吸附或交联固定GOD和HRP，构建了新型金/钛酸盐/酶阵列电极，详细研究了酶蛋白的活性、直接电化学和生物电催化性能。以钛酸盐纳米管阵列为载体，通过沉积和组装等方法，制备了氧化铜纳米立方和还原型石墨烯氧化物功能化的钛酸盐纳米管阵列，研究了对功能小分子的检测性能。通过在原位掺杂氯金酸，一步水热合成了纳米金功能化的三维钛酸盐纳米管网状结构材料，研究发现，钛酸盐纳米管的三维孔道结构既为负载金提供高的比表面积，又可有效提高酶的负载量，从而提高了检测灵敏度。