基于ZnO纳米管阵列的多巴胺电化学传感器研究

目前基于一维纳米材料的多巴胺（DA）电化学传感器未能充分利用一维纳米结构电子快速传输通道的作用，材料表面修饰也存在诸多问题，使得基于一维纳米结构的DA电化学传感器在灵敏度和选择性方面尚不能满足要求。针对其中存在的关键科学问题，我们提出利用功能化修饰的一维ZnO纳米管阵列构筑具有高灵敏度和高选择性的DA电化学传感器。在优化ZnO纳米管结构、表面态的基础上，通过设计并合成对DA选择性识别的功能分子，并将其共价修饰到ZnO纳米管表面，实现对DA的高灵敏度和高选择性电化学检测。我们将深入研究ZnO纳米管的结构和表面态、以及修饰分子的结构和修饰密度对传感器的灵敏度和选择性的影响及其机制，认识表面功能化修饰ZnO纳米管与溶液之间的界面问题，揭示电荷在DA分子、修饰分子与ZnO之间的输运过程。本项目的研究结果将对高灵敏度和高选择性DA电化学传感器的开发和应用具有重要意义。

利用电化学沉积法、化学气相沉积法、化学刻蚀法等制备了ZnO纳米管及其它半导体一维纳米结构阵列，通过对制备工艺和参数的调控，实现了这些一维纳米结构阵列的形貌、结构、尺寸、掺杂等的可控制备。对ZnO纳米管及其它半导体一维纳米结构阵列进行了表面物理和化学修饰，以实现其功能化。通过化学气相沉积法、电化学沉积法、高温热分解等方法，在ZnO纳米管表面修饰了SnO2、CdS、Cu2O、ZnO、C、Au等多晶纳米颗粒膜；通过表面化学反应，在Si纳米线表面共价修饰了功能有机分子。深入研究了所制备的ZnO纳米管及其它半导体一维纳米结构阵列的光学、电学、磁学和光电化学等性质。利用表面功能化修饰的ZnO纳米管阵列，构筑了高性能多巴胺电化学传感器。基于SnO2@ZnO纳米管阵列的多巴胺电化学传感器的灵敏度达1.94×10-6 A/cm2，检测限低至17.7 nM，且表现出非常好的重复使用性。此外，我们还探讨了ZnO及其它半导体一维纳米结构阵列在荧光化学传感器、SERS传感器方面的应用。基于这些工作，我们在J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Small, Chem. Commun.等期刊发表SCI论文21篇，申请发明专利9项，撰写英文书籍1章。