CeO2-ZnO复合量子点修饰电极对葡萄糖检测的研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：目前，糖尿病已成为第三大严重危害人类健康的疾病，也是全世界非常关注的问题之一。糖尿病对身体危害是多方面的，这其中就包括心、脑、肾、血管、神经、皮肤等。为了及时快速地监测血液中葡萄糖的含量，业界已开发了多种葡萄糖传感器。而常用的酶传感器方法的缺点在于酶固定化过程中会影响传感器的活性。另外，酶传感器的操作条件非常复杂。因此，有必要设计一种方便操作和高稳定性的非酶促传感器用于葡萄糖的测定。纳米结构材料已经成为代表性的电化学传感器材料，它们不仅具有大的表面积，而且在催化活性中显示出高稳定性和可调控性。近年来，诸如CuO、CeO₂、NiO等纳米颗粒已被用于电化学传感器应用。在各种单一纳米粒子的基础上，复合纳米材料能够更有效地吸附葡萄糖分子，因为其纳米结构更加丰富复杂，表面能更大。其中ZnO纳米颗粒由于其独特的优点包括高效电子转移性和良好的化学稳定性而适用于电化学应用。此外，ZnO纳米粒子具有优异的形态可控性，可以调节成纳米棒、量子点、纳米带。氧化锌形态的多样性使其极为适合作为其他纳米材料的复合载体。CeO₂因其在电化学装置中的潜在催化应用而吸引了许多研究人员。氧化铈具有良好的氧化还原性能，主要是由于其表面具有大量的缺陷和氧空位。纳米CeO₂颗粒可以大大增大表面积并暴露更多表面缺陷，从而可以增加传感器应用的电化学活性。本课题拟从自然界采集茎秆、硅藻、花粉等多孔材料，并以之为模板，浸渍铈盐和锌盐，在氮气保护下先经高温制备仿生多孔石墨烯，后经水热处理在石墨烯片层上生成铈纳米颗粒，对材料进行FE-SEM、FE-TEM、拉曼、XRD、氮气吸附脱吸附等表征，经电化学工作站测试CeO₂-ZnO复合量子点修饰的多孔碳材料对葡萄糖的传感性能。

研究目的：测试CeO₂-ZnO复合量子点修饰的多孔碳材料对葡萄糖的传感性能。

研究意义：简化葡萄糖缓冲溶液浓度的测量方法，使相关测量更加简便快捷； 研究量子点的晶体结构对葡萄糖传感性能的影响。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：(1) 合成的ceo2-zno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葡萄糖溶液的浓度。

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zn(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-zno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-zno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-zno复合量子点材料的反应温度。

4. 参考文献

1. ding l, ruan y, li t, huang j, warren-smith sc, ebendorff-heidepriem h, monro tm. nitric oxide optical fiber sensor based on exposed core fibers and cdte/cds quantum dots. sensors and actuators b: chemical 2018, 273: 9-17.

2.kashapov rr, bekmukhametova am, petrov ka, nizameev ir, kadirov mk, zakharova ly. supramolecular strategy to construct quantum dot-based sensors for detection of paraoxon. sensors and actuators b: chemical 2018, 273: 592-599.

3.yang z-h, ren s, zhuo y, yuan r, chai y-q. cu/mn double-doped ceo2 nanocomposites as signal tags and signal amplifiers for sensitive electrochemical detection of procalcitonin. analytical chemistry 2017, 89(24): 13349-13356.

4.conzuelo f, gamella m, campuzano s, martínez-ruiz p, esteban-torres m, de las rivas b, reviejo aj, mu?oz r, pingarrón jm. integrated amperometric affinity biosensors using co2 –tetradentate nitrilotriacetic acid modified disposable carbon electrodes: application to the determination of β-lactam antibiotics. analytical chemistry 2013, 85(6): 3246-3254.

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（2022-11-12~2022-2-22），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（2022-2-25~3-22），熟悉材料的制备工艺，合成ceo₂-zno复合量子点。

(3) 第7周~第11周（2022-3-25~4-26），对材料进行表征，研究量子点的晶体结构对葡萄糖传感性能的影响，整理数据，总结前期工作，完成中期答辩前准备工作。