二维铜基卟啉金属有机框架的抗坏血酸电化学传感性能研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

抗坏血酸（ascorbicacid，AA）是一种重要的维生素，在药品、化妆品、食品领

域中扮演着重要的角色。便捷、准确、快速检测AA含量具有重要意义。电化学传感

器具有响应快速、灵敏度高、稳定性良好等诸多优点，能够实现生物小分子的灵敏检

测。二维卟啉MOFs具有比表面积大、易于设计、结构可调和催化活性位点高度暴

露等特点，是用于构建电化学传感器传感元的良好材料。本文以二维卟啉MOFs为

研究对象，通过晶体结构设计，实现了卟啉MOFs的改性，并探究了改性策略对材

料微纳结构和电化学行为的影响，系统研究了其AA电化学无酶传感性能。主要的

研究内容和成果如下：

（1）以Cu2+为金属中心，5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉（Meso-Tetra(4-

carboxyphenyl)porphine，HTCPP）为有机配体，以二配位配体4，4-联吡啶（4,4-

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Bipyridyl，BPY）为支柱配体，采用层间支柱策略，通过简单的水热法实现了CuTCPP

MOFs材料的改性，得到了具有规则柱状形貌的CuTCPP-BPYMOFs。得益于Cu2+配

位数的增加以及分子结构的改变，CuTCPP-BPYMOFs在低电位下表现出优异的传

感灵敏度和稳定性。基于CuTCPP-BPY和CuTCPPMOFs构建的电极在0.10V电位

下的灵敏度分别为0.08μAμM–1cm–2、0.025μAμM–1cm–2，两种材料均可以实现药

片、饮料以及尿液中AA浓度的精准检测。

（2）以“半个”BPY分子，即吡啶为添加剂，通过纳米片层间的空间位阻效应

限制晶体的生长取向，实现CuTCPPMOFs材料的改性，得到了厚度仅为1.5nm的

超薄二维CuTCPP-pydMOFs纳米片。电化学实验表明，CuTCPP-pydMOFs具有更

加暴露的活性位点和更高的的导电性，在0.10V和0.35V电位下的AA传感灵敏度

分别为0.12μAμM–1cm–2和0.41μAμM–1cm–2，均优于CuTCPPMOFs。改性后材料

的检测限降低至0.10μM，pH稳定性和长期工作稳定性得到增强，能够实现药片、

饮料以及尿液中的AA检测。

关键词：电化学生物传感器；电催化；抗坏血酸无酶检测；卟啉金属有机框架

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Abstract

Ascorbicacid(AA)isanimportantvitamin,whichplaysanimportantroleinthefields

ofmedicine,cosmeticsandfood.Itisofgreatsignificancetorealizefacile,rapidand

sensitivedetectionofAAcontent.Electrochemicalsensorsshowsomeuniqueadvantages

suchasfastresponse,highsensitivity,lowdetectionlimitandgoodstability,couldrealize

thedetectionofbiologicalsmallmolecules.Two-dimensionalporphyrin-basedmetal–

organicframeworks(MOFs)isadvantageoustoconstructelectrochemicalsensorsensing

elementsduetolargespecificsurfa