基于类石墨烯铁系钼酸盐的传感界面构建及其在生物电分析中的应用研究

Graphene analogues of two dimensional (2D) super-thin materials are being paid more and more attention due to its special properties. However, its category is limited. The sysnthesis and application of novel other 2D super-thin materials like graphene are the research interest of the field. Ferrous metals molybdates exhibits excellent properties in the fields of catalysts for selective oxidization reaction, sensors and electrochemistry. It will be significant to study the synthesis of 2D novel ferrous metals molybdates materials like graphene and their application in the construction of biological sensing interfaces. We found that nickel molybdate nanosheets could be synthesized by microwave-assisted solvothermal synthesis method. The as-prepared nickel molybdate nanosheets could be simply and stably immobilized on the surface of glassy carbon electrode and showed good electrocatalytic activity towards some small molecules. We hope to synthesize other ferrous metals molybdates nanosheets by microwave-assisted method and prepare super-thin 2D molybdates like graphene by further liquid exfoliation. As the construction unit, 2D super-thin molybdates would be used to construct biological sensing interfaces to achieve the direct electrochemistry of cytochrome c and hemoglobin and the detection of microRNA. This study will extend the category of graphene analogues and provide new materials and methods for biological electroanalysis.

类石墨烯二维超薄材料由于其独特的性质，正在受到越来越大的关注，然而，目前其种类还很有限。开发合成厚度均匀的新颖类石墨烯二维材料及其应用研究是该方向的热点。铁系钼酸盐在选择性氧化反应催化剂、传感器以及电化学等领域显示出了优异的性能。我们研究发现，微波辅助溶剂热法可合成独特的片状钼酸镍结构，该材料能被简便、牢固地修饰在碳电极表面，并对一些小分子表现出了高的电催化活性。基于前期研究工作，本项目拟将微波辅助法推广到铁系钼酸盐（钼酸镍、钼酸铁和钼酸钴）片状结构的合成，然后在片状结构基础上进行液相剥离制备厚度均匀的铁系钼酸盐二维超薄材料。以合成的钼酸盐二维超薄材料构建生物传感界面以实现细胞色素c、血红蛋白的直接电化学以及microRNA的高灵敏检测。从而增加类石墨烯二维材料的种类，为生物电分析提供新材料和新方法。

铁系钼酸盐具有优良的电化学性能、光学性能以及独特的结构，已被广泛用于电池、磁性材料、传感器、光学纤维、催化剂等领域。作为催化材料，钼酸盐具有多活性点和高选择性等特点，特别是金属钼酸盐可作为烃类选择氧化反应的催化剂。然而，铁系钼酸盐微/纳结构主要局限在棒、线等形貌。这是由于，作为主要合成方法的水热合成法使得材料能够均匀成核，这有利于铁系钼酸盐一维结构的生长，此法很难用于合成二维结构的钼酸盐纳米片。微波辅助油酸混合溶剂体系能够实现分子高速运动与有序组装的对立统一，它将为铁系钼酸盐纳米片的高效可控合成打开新局面。基于此，本项目采用微波辅助油酸混合溶剂体系合成出了室温下能够稳定存在的β相钼酸镍纳米片，我们认为纳米片的特殊结构是β相钼酸镍在室温下稳定存在的原因。我们首次研究了钼酸镍在碳电极表面的修饰以及对生物小分子的电催化作用。结果显示，β相钼酸镍的这种特殊纳米片结构使其能够简便牢固的修饰在碳糊、玻碳电极表面，该修饰电极对乙醇、NADH、葡萄糖、酪氨酸和色氨酸等物质均具有很好的电催化氧化活性，并以此发展了多种基于钼酸镍的生物小分子电化学传感器。这些电化学传感器都表现出了高灵敏和高稳定性的优点。微波辅助油酸混合溶剂体系方法不仅丰富了钼酸盐的形貌，还为其他物质特殊形貌的合成以及室温难稳定存在物质合成提供了新思路和新方法。钼酸镍材料也将在电分析、电催化等领域具有潜在的应用价值。另外，我们基于TCNQ与GO的协同作用实现了谷胱甘肽的低电位电化学检测，避免了常见干扰物的干扰，这将在临床检测中具有潜在的应用价值。我们还首次实现了，简单、快速、绿色的NH2-TEMPO电化学修饰方法，这不仅能拓展石墨烯界面材料，还能在催化、电化学、电分析等领域有广泛的应用前景。