工程科学学报.第41卷.第12期：1536-1542.2019年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.12:1536-1542,December 2019 D0L:10.13374/.issn2095-9389.2019.07.04.034,http://journals.ustb.edu.cn 基于氮化钛-石墨烯的传感器对多巴胺和尿酸的电化学检测 杨 涛)，冯娇)，陈俊红，周国治，侯新梅)区 1)北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心.北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:houxinmeiustb@ustb.edu.cn 摘要采用水热法和还原氮化法合成了菊花状形貌的氮化钛(TN)纳米材料，并将其与还原氧化石墨烯(GO)水热复合制备 了氮化钛-还原氧化石墨烯(TN-GO)复合材料.利用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试方法对材料的形貌和物 相进行了表征和分析.结果表明，TN-rGO复合材料很好地保持了TN菊花状的三维结构和rGO透明帮皱的形貌，且层状的 rGO均匀地包覆在了菊花状的TN的周围.用TN-rG0复合材料修饰玻碳电极(GCE)制得了TN-rGO/GCE电化学传感器，用 于测定人体中的生物小分子DA和UA.由于复合材料中TN和GO的协同效应，构建的电化学传感器表现出了优秀的电化 学性能.检测结果表明：TN-rGO/GCE传感器对DA和UA的检测限分别为0.11和0.12 umol-L,线性范围分别为0.5~ 210 umol-L-和5~350 umol-L,且具有良好的抗干扰性、重现性和稳定性，且成功应用于人体内真实样品的DA和UA检测. 关键词氮化钛；还原氧化石墨烯：多巴胺：尿酸：电化学传感器 分类号0657.1 Electrochemical detection of dopamine and uric acid using a titanium nitride-graphene composite sensor YANG Tao,FENG Jiao,CHEN Jun-hong,CHOU Kuo-Chih,HOU Xin-mei 1)Collaborative Innovation Center of Steel Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Material Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:houxinmeiustb@ustb.edu.cn ABSTRACT Dopamine(DA)and uric acid(UA)are small biological molecules involved in many important processes in the human body.Their concentrations are closely related to human health.Abnormal concentrations of these molecules lead to various diseases, such as Parkinson's and gout,so monitoring of DA and UA in blood and urine,respectively,is very meaningful in clinical analysis. Electrochemical sensor detection is a widely-used method in the field of biological analysis owing to its advantages of simple operation, high sensitivity,low cost,environmental friendliness,etc.In this paper,titanium nitride (TiN)nanomaterial with chrysanthemum morphology was synthesized by hydrothermal and reduction nitridation methods toward preparation of an effective electrochemical sensor for human testing.It was further combined with reduced graphene oxide(rGO)through the hydrothermal method to form a titanium nitride-reduced graphene oxide (TiN-rGO)composite material.The phase and morphology of the material were characterized and analyzed by scanning electron microscopy,X-ray diffraction,X-ray photoelectron spectroscopy,and other test methods.The results show that the TiN-rGO composite material maintaines the three-dimensional chrysanthemum-like morphology of TiN,and the transparent and wrinkled morphology of rGO.The chrysanthemum-like TiN is uniformly coated with the layered rGO.The TiN- rGO/GCE electrochemical sensor was then prepared by modifying the glassy carbon electrode(GCE)with TiN-rGO composite material 收稿日期：2019-07-04 基金项目：国家自然科学基金优秀青年基金资助项目(51522402)：博士后创新人才支持计划资助项目(BX20180034):国家自然科学基金青 年基金资助项目(51902020：博士后科学基金资助项目(2018M641192:中央高校基本科研业务费资助项目(FRF-TP.-18-045A1)基于氮化钛–石墨烯的传感器对多巴胺和尿酸的电化学检测 杨    涛1)，冯    娇1)，陈俊红2)，周国治1)，侯新梅1) 苣 1) 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京 100083    2) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 苣通信作者，E-mail: houxinmeiustb@ustb.edu.cn 摘    要    采用水热法和还原氮化法合成了菊花状形貌的氮化钛（TiN）纳米材料，并将其与还原氧化石墨烯（rGO）水热复合制备 了氮化钛–还原氧化石墨烯（TiN-rGO）复合材料. 利用扫描电镜、X 射线衍射、X 射线光电子能谱等测试方法对材料的形貌和物 相进行了表征和分析. 结果表明，TiN-rGO 复合材料很好地保持了 TiN 菊花状的三维结构和 rGO 透明褶皱的形貌，且层状的 rGO 均匀地包覆在了菊花状的 TiN 的周围. 用 TiN-rGO 复合材料修饰玻碳电极（GCE）制得了 TiN-rGO/GCE 电化学传感器，用 于测定人体中的生物小分子 DA 和 UA. 由于复合材料中 TiN 和 rGO 的协同效应，构建的电化学传感器表现出了优秀的电化 学性能. 检测结果表明：TiN-rGO/GCE 传感器对 DA 和 UA 的检测限分别为 0.11 和 0.12 μmol·L−1，线性范围分别为 0.5～ 210 μmol·L−1 和 5～350 μmol·L−1，且具有良好的抗干扰性、重现性和稳定性，且成功应用于人体内真实样品的 DA 和 UA 检测. 关键词    氮化钛；还原氧化石墨烯；多巴胺；尿酸；电化学传感器 分类号    O657.1 Electrochemical detection of dopamine and uric acid using a titanium nitride-graphene composite sensor YANG Tao1) ，FENG Jiao1) ，CHEN Jun-hong2) ，CHOU Kuo-Chih1) ，HOU Xin-mei1) 苣 1) Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Material Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: houxinmeiustb@ustb.edu.cn ABSTRACT    Dopamine (DA) and uric acid (UA) are small biological molecules involved in many important processes in the human body. Their concentrations are closely related to human health. Abnormal concentrations of these molecules lead to various diseases, such as Parkinson's and gout, so monitoring of DA and UA in blood and urine, respectively, is very meaningful in clinical analysis. Electrochemical sensor detection is a widely-used method in the field of biological analysis owing to its advantages of simple operation, high  sensitivity,  low  cost,  environmental  friendliness,  etc.  In  this  paper,  titanium  nitride  (TiN)  nanomaterial  with  chrysanthemum morphology  was  synthesized  by  hydrothermal  and  reduction  nitridation  methods  toward  preparation  of  an  effective  electrochemical sensor  for  human  testing.  It  was  further  combined  with  reduced  graphene  oxide  (rGO)  through  the  hydrothermal  method  to  form  a titanium nitride-reduced graphene oxide (TiN-rGO) composite material. The phase and morphology of the material were characterized and analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and other test methods. The results show  that  the  TiN-rGO  composite  material  maintaines  the  three-dimensional  chrysanthemum-like  morphology  of  TiN,  and  the transparent  and  wrinkled  morphology  of  rGO.  The  chrysanthemum-like  TiN  is  uniformly  coated  with  the  layered  rGO.  The  TiN￾rGO/GCE electrochemical sensor was then prepared by modifying the glassy carbon electrode (GCE) with TiN-rGO composite material 收稿日期: 2019−07−04 基金项目: 国家自然科学基金优秀青年基金资助项目 (51522402)；博士后创新人才支持计划资助项目 (BX20180034)；国家自然科学基金青 年基金资助项目 (51902020)；博士后科学基金资助项目 (2018M641192)；中央高校基本科研业务费资助项目 (FRF-TP-18-045A1) 工程科学学报，第 41 卷，第 12 期：1536−1542，2019 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 12: 1536−1542, December 2019 DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.04.034; http://journals.ustb.edu.cn