溶劑剝離石墨烯的電化學(xué)增敏機(jī)理、功能化及高靈敏傳感應(yīng)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(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的性能，已在物理、化學(xué)、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(guò)超聲剝離石墨簡(jiǎn)便高效地制備出石墨烯納米片，詳細(xì)研究了NMP剝離石墨烯的電化學(xué)傳感特性，并進(jìn)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(xué)增敏機(jī)理，闡述了顯著提高電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)的作用機(jī)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(xué)檢測(cè)新方法。本

2、論文研究?jī)?nèi)容主要包括以下五個(gè)部分：
　?。?）通過(guò)強(qiáng)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(xué)行為，發(fā)現(xiàn)GO對(duì)二者的信號(hào)增強(qiáng)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(yīng)的差異，結(jié)果表明GO表面豐富的含氧官能團(tuán)是主要原因?；贕O顯著的信號(hào)增強(qiáng)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(xué)檢測(cè)新方法，檢測(cè)限分別為17和15μg L-1，將此方法用于豬肉樣品分析，加標(biāo)回收率在90.1％-98.6%之間。
　?。?）以NMP為剝離試劑，通過(guò)超聲剝離石墨簡(jiǎn)便高效地制備出石墨烯納米片（GS），探討了剝離時(shí)間的影響規(guī)律。SEM、TEM、Raman及粒度分析表明隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，GS的產(chǎn)率逐漸提高，表面缺陷逐漸增多，粒徑逐漸減小。進(jìn)一步研究了GS的電化學(xué)傳感性能，與RGO相比，NMP剝離制備的GS對(duì)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(yīng)更顯著，并且超聲剝離時(shí)間越長(zhǎng)，得到的GS的電化學(xué)活性越高。基于NMP剝離石墨烯顯著的信號(hào)增強(qiáng)效應(yīng)，成功構(gòu)建了一種新型的高靈敏電化學(xué)傳感平臺(tái)。
　?。?）將上述NMP剝離的GS固體重新分散在低沸點(diǎn)溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，通過(guò)揮發(fā)溶劑制備出一種修飾玻碳電極。研究了對(duì)乙酰

5、氨基酚（AC），鳥嘌呤（G）和腺嘌呤（A）的電化學(xué)行為，結(jié)果表明GS對(duì)三者的增敏效應(yīng)明顯優(yōu)于RGO和裸玻碳電極。電化學(xué)阻抗譜（EIS）證實(shí)這種更高的增敏效應(yīng)來(lái)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(xué)檢測(cè)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(cè)，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(fù)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(shí)二者不僅有效地復(fù)合在一起，而且擁有更明顯的三維結(jié)構(gòu)。BPA的電化學(xué)響應(yīng)規(guī)律表明GS-Fe2O3對(duì)其氧化有明顯的協(xié)調(diào)增強(qiáng)效應(yīng)，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(yīng)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(hào)增強(qiáng)效應(yīng)，成功建立了一種高靈敏的雙酚A電化學(xué)檢測(cè)新方法，檢出限達(dá)到2.5 nM。

7、　　（5）借助電化學(xué)氧化，實(shí)現(xiàn)了NMP剝離石墨烯納米片的電化學(xué)功能化。研究發(fā)現(xiàn)GS對(duì)鄰苯二酚，對(duì)苯二酚，對(duì)氯苯酚和對(duì)硝基酚電化學(xué)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(xué)性能得到顯著提高，對(duì)上述四種酚的氧化增敏效應(yīng)更加顯著。XPS、Raman、AFM、EIS研究表明電化學(xué)功能化GS顯著增強(qiáng)的電化學(xué)活性主要來(lái)源于表面含氧官能團(tuán)、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(xué)功能化GS