碳纳米管电极在分析中的应用与发展 开题报告

课题来源：教师给定题目课题研究的目的和意义：碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出许多独特的物理化学性质。20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注。它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带米新的机遇。目的：食品安全是当今全世界共同关注重大问题，也是各国政府、相关国际组织、学术机构研究热点。灵敏、快速、安全、经济是当前制约食品安全检测瓶颈，结合现代科技最新成果之一纳米技术及纳米材料，将是食品安全检测发展重要途径。该文综述碳纳米管在食品分析中研究和应用，对在该领域应用前景进行展望。意义：本文主要要就了碳纳米管在食品分析中研究和应用和在分析化学中的应用碳纳米修饰电极用于食品分析是将纳米科技、食品科学及分析化学有机结合的研究前沿。目前碳纳米修饰电极研究工作已取得较大进展，但仍存在实验结果重复性较差、酶易失活、制备工艺较繁琐、难以规模化生产等问题。随着研究应用不断推进，该类电极在灵敏度、稳定性、线性范围、工作电压、信噪比、抗干扰等方面要求越来越高，有待更深入研究。与其它分析方法相比，碳纳米修饰电极酶传感器具有易便携、成本低、灵敏度高、稳定性良好等优点；且酶催化与一般化学催化相比，具有应用范围广、催化效率高、选择性专一、反应条件温和等优点。酶是高活性、高选择性、低能耗的生物催化剂，再加上碳纳米本身催化和增敏效应，使基于碳纳米修饰电极酶传感器具有广阔应用前景。国内外同类课题研究现状及发展趋势：目前，各国在实验上对碳纳米管的研究方兴未艾，并都取得了一定的成就，美国发明了纳米秤，日本制成了铂填充的碳纳米管，德国制备出直径为lnm的碳纳米管。我国个别研究成果虽然走在了世界最前沿，如合成出世界最长的碳纳米管、高质量碳纳米管储氢的研究等，但在纳米科技领域的总体水平与美日欧相比，差距还很大。各国主要面临以下两个共同问题，使得碳纳米管不能真正得到工业应用。①如何实现高质量碳纳米管的连续批量工业化生产。碳纳米管制备现状大致是：多壁碳纳米管能较大量生产，单壁碳纳米管多数处于实验室研制阶段，某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确，对碳纳米管的结构(管径、管长、螺旋度、壁厚、管表面石墨碳的结晶度等)还不能做到任意调节和控制，影响碳纳米管的产量、质量及产率的因素太多(如催化剂颗粒的大小、碳源的种类、温度、混合气体的种类及比例等)，使制得的碳纳米管都存在杂质高、产率低等缺点，还没有高效的纯化碳纳米管的方法。②如何更深入研究碳纳米管实际应用问题。例如，在常温常压下如何解析氢气及加快其储氢放氢速度。如何提高碳纳米管吸附容量的稳定性和吸附压力的敏感性。再如，怎样才能制备出性能更为优异或能预期其性能的碳纳米管复合材料。要解决这些共同难题，就需要研究人员们一方面突破技术关键，进一步研究开发新的、成本低廉、适合于大规模生产碳纳米管的技术，通过建模和模拟来加强生长现象与机理研究；另一方面继续深入研究其应用，把碳纳米管与各个领域结合起来，充分发挥其自身优异的特性。另外，最近碳纳米管又出现一新的研究方向，即碳纳米管薄膜的润湿性，已有很多学者对其润湿性作出了大量研究。Jiang等[11]用平板印刷术和等离子体刻蚀技术相结合，制备了具有特殊几何形貌的硅基底，并用化学气相沉积法在其上面沉积了具有立体各向异性微结构阵列碳纳米管薄膜。研究表明，在不改变薄膜表面的化学组成的情况下，仅仅改变结构参数，薄膜能从超亲水变化到超疏水，这种现象是由于横向和纵向碳纳米管阵列结构的共存即立体各向异性微结构所引起的。纵向的碳纳米管阵列提供了疏水的贡献，而横向的碳纳米管阵列提供了亲水性的贡献，并有利于水滴的铺展。横向和纵向碳纳米管阵列组合方式的改变导致了其薄膜特殊的润湿性性质。Lau等[12]用PECVD方法获得了准直生长的碳纳米管森林，然后通过HF—CVD的方法用PTFE对其进行了表面修饰，获得了稳定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳跃直至脱离。Li等[13]以酞菁络合物为原料，采取高温裂解的方法制备了具有相当均匀长度和外径的阵列碳纳米管薄膜，研究表明，未经处理的阵列碳纳米管薄膜是超疏水和超亲油的，经过氟化(FAS)修饰以后的碳纳米管薄膜表现出了既疏水又疏油的性质，正是纳米结构的存在导致了该表面的超双疏性质。这一发现为超双疏表面／界面材料提供了新的思路。我们应该看到，目前所得到的碳纳米管缺陷较多，且不易分散，这大大限制了碳纳米管的性质研究和应用研究。所以对碳纳米管制备方法的研究显得尤为重要。另外，纳米尺寸的测量手段也须进一步加强。总之，随着碳纳米管研究的逐步深入以及纳米科技的快速发展，纳米碳材料将会对全世界的科学和经济产生重大的影响。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：本文主要是研究碳纳米管电极在食品分析中的引用进展。阐述了进行食品分析的一种新的方法，并对对其前景提出一种新的看法。主要采用理论和实验相结合的方法来进行分析。论文主要分为以下几个步骤；对当今食品分析得方法和重要意义进行介绍介绍碳纳米材料的结构碳纳米修饰电极在食品分析中研究进展碳纳米生物传感器在食品分析中研究进展碳纳米技术未来的发展前景通过查阅大量的相关的参考文献，进行相应的化学实验来解决所提出的观点。课题研究起止时间和进度安排：**年**月**日初步选定课题方向**年**月**日准备开题报告**年**月**日阅读相关的参考文献，熟悉实验原理以及仪器设备，确定方案**年*