功能化石墨烯和碳點(diǎn)的制備及其在傳感器方面的應(yīng)用.pdf

1、石墨烯是碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳材料，具有許多優(yōu)異而獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在微納米電子器件、光電子器件、新型復(fù)合材料以及傳感器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景;碳點(diǎn)與傳統(tǒng)的量子點(diǎn)相比，具有低的毒性、高的抗漂白性、良好的生物相容性、高的化學(xué)惰性和易于功能化等特點(diǎn)，在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　作為國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.21173070)和河南省高校創(chuàng)新人才基金(No.124200510014)資助課題

2、的一部分，本論文以化學(xué)還原和水熱處理等為合成方法，以電鏡和X-射線光電子能譜等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)為表征手段，從探索功能化石墨烯和碳點(diǎn)的組成、形貌、結(jié)構(gòu)與其性能之間的關(guān)系出發(fā)，構(gòu)建了幾種功能化碳納米材料，并探索了它們?cè)趥鞲衅鞣矫娴膽?yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1、以1-丁基-3-甲基咪唑半胱氨酸鹽離子液體同時(shí)作為還原劑、穩(wěn)定劑和功能化試劑，通過(guò)自組裝一步制備出離子液體功能化石墨烯(IL-G)復(fù)合材料，建立了一種操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好的制

3、備IL-G復(fù)合物的新方法。通過(guò)原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、拉曼、循環(huán)伏安和交流阻抗等技術(shù)手段對(duì)所制備材料的結(jié)構(gòu)、形貌、組成和性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，離子液體負(fù)載到了石墨烯上，使得所制備的IL-G復(fù)合材料具有單層結(jié)構(gòu)，并且IL-G復(fù)合材料還具有良好的導(dǎo)電性能。此外，所制備的材料能很好地分散在水、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲亞砜(DMSO)多種溶劑中，并具有良好的穩(wěn)定性。該材料所制備的修飾電極用于水溶液中鄰苯二酚(HQ)和對(duì)苯二

4、酚(CT)測(cè)定。結(jié)果表明，該修飾電極對(duì)于HQ和CT的氧化呈現(xiàn)出良好的電催化行為，并具有高的靈敏度和優(yōu)良的選擇性。
　　2、基于所制備的IL-G復(fù)合物優(yōu)異的導(dǎo)電性能，構(gòu)建了在抗壞血酸(AA)的存下，同時(shí)測(cè)定多巴胺(DA)和尿酸(UA)的電化學(xué)傳感器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的IL-G復(fù)合物對(duì)AA、DA和UA的氧化呈現(xiàn)良好的電催化行為，降低了AA、DA和UA在修飾電極上的氧化峰電位，增大了它們的峰電流;AA-DA、DA-UA和AA-UA的

5、氧化峰電位差值分別達(dá)到了147、145和292 mV，提高了修飾電極測(cè)定AA、DA和UA的選擇性;在AA存在下，IL-G修飾電極能單個(gè)或同時(shí)測(cè)定DA和UA，并具有高的選擇性、良好的穩(wěn)定性、寬的線性范圍和低的檢測(cè)限。此電極還能用于實(shí)際樣品中DA和UA的測(cè)定，回收率是97.0～103.8％。
　　3、通過(guò)水熱處理黃瓜汁，制備出氮、硫和磷共摻雜碳點(diǎn)（氮/硫/磷-碳點(diǎn)），建立了一個(gè)簡(jiǎn)便、綠色的制備水溶性的氮/硫/磷-碳點(diǎn)的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6、表明，高溫有利于產(chǎn)生更小粒徑的碳點(diǎn)，并且碳點(diǎn)的粒徑大小能影響其熒光性能，即隨著碳點(diǎn)粒徑的減小，熒光發(fā)射波長(zhǎng)紅移;所制備的碳點(diǎn)還具有均一的形貌，粒徑小于10nm，富含氮和氧元素，還含有少量的硫和磷元素;該碳點(diǎn)具有良好的熒光穩(wěn)定性，高的抗漂白性，良好的水溶性和依靠激發(fā)波長(zhǎng)的熒光發(fā)射行為。此外，所制備的碳點(diǎn)用作熒光探針測(cè)定水溶液中的Hg2+汞離子，表現(xiàn)出高的靈敏度和良好的選擇性。
　　4、通過(guò)一步水熱處理鹽酸吡硫醇和氧化石墨烯(GO)的

7、混合液，制備出氮、硫共摻雜碳點(diǎn)（氮/硫-碳點(diǎn)），建立了一個(gè)簡(jiǎn)便、低耗費(fèi)和綠色的制備水溶性的氮/硫-碳點(diǎn)的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GO的存在能大大提高所制備的氮/硫-碳點(diǎn)的量子產(chǎn)率，量子產(chǎn)率達(dá)到32.2％;所制備的氮/硫-碳點(diǎn)具有良好的熒光穩(wěn)定性、高的抗漂白性、良好的水溶性和上轉(zhuǎn)換熒光等特性。此外，該方法避免使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑等危險(xiǎn)、有毒試劑，環(huán)境友好。所制備的碳點(diǎn)用作熒光探針測(cè)定水溶液中的汞離子，具有高的選擇性、低的檢測(cè)限(1.0n