溶劑剝離石墨烯的電化學增敏機理、功能化及高靈敏傳感應用.pdf

1、石墨烯的出現(xiàn)在世界范圍內(nèi)掀起了一股研究熱潮，由于其獨特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的性能，已在物理、化學、材料、能源等領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。本論文以N-甲基吡咯烷酮（NMP）為溶劑，通過超聲剝離石墨簡便高效地制備出石墨烯納米片，詳細研究了NMP剝離石墨烯的電化學傳感特性，并進一步研究了NMP剝離石墨烯納米片的功能化改性及其電化學增敏機理，闡述了顯著提高電化學響應信號的作用機制，建立了生物小分子、環(huán)境激素、食品添加色素等物質(zhì)的高靈敏電化學檢測新方法。本

2、論文研究內(nèi)容主要包括以下五個部分：
　?。?）通過強氧化劑氧化石墨方法制備出石墨烯氧化物（GO），并利用硼氫化鈉還原GO得到還原型石墨烯氧化物（RGO）。研究了克倫特羅和萊克多巴胺的電化學行為，發(fā)現(xiàn)GO對二者的信號增強能力優(yōu)于RGO。借助SEM、粒徑分析、FTIR以及XPS等方法深入探討了GO與RGO增敏效應的差異，結(jié)果表明GO表面豐富的含氧官能團是主要原因?；贕O顯著的信號增強作用，建立了一種高靈敏的克倫特羅與萊克多巴胺的電化

3、學檢測新方法，檢測限分別為17和15μg L-1，將此方法用于豬肉樣品分析，加標回收率在90.1％-98.6%之間。
　?。?）以NMP為剝離試劑，通過超聲剝離石墨簡便高效地制備出石墨烯納米片（GS），探討了剝離時間的影響規(guī)律。SEM、TEM、Raman及粒度分析表明隨超聲時間的延長，GS的產(chǎn)率逐漸提高，表面缺陷逐漸增多，粒徑逐漸減小。進一步研究了GS的電化學傳感性能，與RGO相比，NMP剝離制備的GS對抗壞血酸（AA）、多巴胺（

4、DA）、尿酸（UA）、黃嘌呤（XA）、次黃嘌呤（HXA）、雙酚A（BPA）、胭脂紅（ponceau4R）和日落黃（sunsetyellow）的氧化增敏效應更顯著，并且超聲剝離時間越長，得到的GS的電化學活性越高?；贜MP剝離石墨烯顯著的信號增強效應，成功構(gòu)建了一種新型的高靈敏電化學傳感平臺。
　?。?）將上述NMP剝離的GS固體重新分散在低沸點溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，通過揮發(fā)溶劑制備出一種修飾玻碳電極。研究了對乙酰

5、氨基酚（AC），鳥嘌呤（G）和腺嘌呤（A）的電化學行為，結(jié)果表明GS對三者的增敏效應明顯優(yōu)于RGO和裸玻碳電極。電化學阻抗譜（EIS）證實這種更高的增敏效應來源于GS更快的電子傳遞速率和更大的活性表面積?；诖?，建立了AC、G和A的高靈敏電化學檢測新方法，檢出限分別為2.5 nM，10 nM和10 nM。將該方法用于藥片及鯡魚精樣品檢測，結(jié)果令人滿意。
　?。?）將NMP剝離的GS與水熱法制備的多孔氧化鐵（Fe2O3）微球復合，構(gòu)

6、建了一種功能化的石墨烯傳感界面（GS-Fe2O3）。SEM、TEM、XRD表征證實二者不僅有效地復合在一起，而且擁有更明顯的三維結(jié)構(gòu)。BPA的電化學響應規(guī)律表明GS-Fe2O3對其氧化有明顯的協(xié)調(diào)增強效應，并且在溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）后，協(xié)調(diào)增敏效應更加顯著，BPA的氧化電流得到極大的提高?；贕S-Fe2O3與CTAB的協(xié)同信號增強效應，成功建立了一種高靈敏的雙酚A電化學檢測新方法，檢出限達到2.5 nM。

7、　?。?）借助電化學氧化，實現(xiàn)了NMP剝離石墨烯納米片的電化學功能化。研究發(fā)現(xiàn)GS對鄰苯二酚，對苯二酚，對氯苯酚和對硝基酚電化學氧化的活性明顯高于GO。尤為重要的是，GS在1.8 V氧化2 min后，其電化學性能得到顯著提高，對上述四種酚的氧化增敏效應更加顯著。XPS、Raman、AFM、EIS研究表明電化學功能化GS顯著增強的電化學活性主要來源于表面含氧官能團、邊平面缺陷含量、表面粗糙度的增加以及電子傳遞速率的提升。以電化學功能化GS