CeO2-CuO复合量子点修饰电极对微量抗生素的检测性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：自1929年fleming发现青霉素并由florey和chain用于临床以来,已有百余种抗生素被开发利用,它们对治疗感染性疾病发挥了巨大作用,有效地保障了人类的生命和健康。另外,抗生素还被大量用于畜牧业和水产养殖业防治感染性疾病,并用作抗菌生长促进剂加快动物的生长。然而，许多问题也随着抗生素的广泛应用而慢慢显现。富含抗生素的多种生活、养殖、医用废水常被直接排放到河道，导致水环境和土壤中抗生素含量异常，并能向食物转移，最终通过各种渠道回到人体体内，对体内的菌群造成干扰，并产生耐药性的细菌，极大地威胁人体的健康。这一现状使得对环境中抗生素的检测和开发新的抗生素分析方法变得极为重要。现有的检测技术主要有色谱法和其联用技术、酶免疫分析法、毛细管电泳法等，这些方法虽然精度可靠，但检测成本较高且操作繁琐，因此人们一直致力于寻找一个更加高效简便的检测方法。在探索高效检测方法的过程中，量子点慢慢进入了我的视线，量子点是准零维的纳米材料，由少量原子构筑而成，因其奇特的量子尺寸效应，通常具有较高的催化活性。经过老师的指点及个人的思考，我产生了结合量子点特性的电化学方法来检测抗生素溶液浓度的构想。

研究目的：探究利用结合量子点特性的电化学方法检测任意抗生素溶液浓度的可靠方法。

研究意义：简化抗生素缓冲溶液浓度的测量方法，使相关测量更加简便快捷。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：(1) 合成的ceo2-cuo复合量子点材料，实现对其粒径的调控。(2) 对量子点材料进行sem、tem、xrd等表征。 (3) 测试量子点修饰化学电极的循环伏安曲线，并作出电流与浓度的关系图。（4）利用关系图测定任意抗生素溶液的浓度。（5）提升测试装置的灵敏度。

预期目标：（1）找到最佳合成条件，得到分散不团聚且粒径合适的ceo2-cuo复合量子点材料。 （2）将得到的量子点和不同浓度的抗生素缓冲溶液放在电化学工作站中发生反应，得到相关的循环伏安曲线，作出电流-浓度关系图。（3）利用得到的电流-浓度关系图通过测量电流判断任一抗生素溶液的浓度。 （4）将测试装置灵敏度提升至现有测试装置所具有的程度或者甚至更好。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：实验法、观察法、文献研究法、定量分析法。

研究步骤：（1）通过控制ce(no3)4和cu(no3)2的配比，同时保证其他条件相同，对制备所得的最佳量子点材料进行sem、tem、xrd等表征，找到最佳制备ceo2-cuo复合量子点材料的配比。 （2）通过控制水热反应的时间，同时保证其他条件相同，对制备所得的最佳量子点材料进行sem、tem、xrd等表征，找到最佳制备ceo2-cuo复合量子点材料的反应时间。 （3）通过控制水热反应的温度，同时保证其他条件相同，对制备所得的最佳量子点材料进行sem、tem、xrd等表征，找到最佳制备ceo2-cuo复合量子点材料的反应温度。

（4）在不同浓度的抗生素缓冲溶液中，测试量子点修饰化学电极的循环伏安曲线，并作出电流-浓度关系图。（5）利用得到的关系图，根据测试电流得出任一的抗生素缓冲溶液的浓度。（6）查阅相关文献，寻找提升灵敏度的方法。

4. 参考文献

[1] Gu, Wei, Yinghan Yan, Cuiling Zhang, Caiping Ding, and Yuezhong Xian, One-Step Synthesis of Water-Soluble MoS2 Quantum Dots via a Hydrothermal Method as a Fluorescent Probe for Hyaluronidase Detection. ACS Applied Materials Interfaces, 2016. 8(18): 11272-11279. [2] Higo, Akio, Takayuki Kiba, Shula Chen, Yafeng Chen, Tomoyuki Tanikawa, Cedric Thomas, Chang Yong Lee, Yi-Chun Lai, Takuya Ozaki, Junichi Takayama, Ichiro Yamashita, Akihiro Murayama, and Seiji Samukawa, Optical Study of Sub-10 nm In0.3Ga0.7N Quantum Nanodisks in GaN Nanopillars. ACS Photonics, 2017. 4(7): 1851-1857. [3] Karimi-Maleh, Hassan, Mahbobeh Moazampour, Ali A. Ensafi, Shadpour Mallakpour, and Mehdi Hatami, An electrochemical nanocomposite modified carbon paste electrode as a sensor for simultaneous determination of hydrazine and phenol in water and wastewater samples. Environmental Science and Pollution Research, 2014. 21(9): 5879-5888. [4] Roushani, Mahmoud and Elham Karami, Electrochemical Detection of Persulfate at the Modified Glassy Carbon Electrode with Nanocomposite Containing Nano-Ruthenium Oxide/Thionine and Nano-Ruthenium Oxide/Celestine Blue. Electroanalysis, 2014. 26(8): 1761-1772. [5] He, Chi, Yanke Yu, Changwei Chen, Lin Yue, Nanli Qiao, Qun Shen, Jinsheng Chen, and Zhengping Hao, Facile preparation of 3D ordered mesoporous CuOx-CeO2 with notably enhanced efficiency for the low temperature oxidation of heteroatom-containing volatile organic compounds. RSC Advances, 2013. 3(42): 19639-19656. [6] Yao, Xiaojiang, Fei Gao, Qiang Yu, Lei Qi, Changjin Tang, Lin Dong, and Yi Chen, NO reduction by CO over CuO-CeO2 catalysts: effect of preparation methods. Catalysis Science Technology, 2013. 3(5): 1355-1366.

5. 计划与进度安排

2022-2022-1学期17-20周~2022-2022-2学期 (1) 第1周~第2周（2022-12-25~2022-3-16），查阅资料，制定实验方案，完成开题报告，外文论文翻译。 (2) 第3周~第6周（2022-3-19~4-13），熟悉材料的制备工艺，合成CeO2-CuO复合材料，改善实验方案，对材料进行表征，比较不同合成条件对材料结构的影响。(3) 第7周~第11周（2022-4-16~5-18），制备修饰电极，研究量子点的晶体结构和灵敏度之间的关系，整理数据，总结前期工作，完成中期答辩前准备工作。(4) 第12周~第14周（2022-5-21~6-8）， 研究进一步提升传感的灵敏度与选择性。整理、撰写论文。(5) 第15周~第16周（2022-6-11~6-19），提交实验报告、英文翻译、图表等，毕业答辩。