新型高含量均匀氮掺杂的多孔石墨烯/多孔金属氧化物复合材料的简便可控制备及其高效电化学生物传感性能研究

High electrocatalytic performance plays a crucial role in efficient electrochemical biosensing research of electrocatalyst. Since it was discovered, graphene has been widely used in electrochemical biosensing area because of its high electroconductivity, however, the aggregation of graphene layer will grately depress the potential electrocatalytic capability of graphene. To solve this problem, our project will develop a novel, green, simple and controllable method to prepare high-content uniform nitrogen doped porous graphene, it will increase the specific surface area and electrocatalytic active sites and strengthen the substance diffusion and loading ability of graphene, which will further enhance the electrocatalytic performance of graphene. Taking advantage of the high specific surface area and high nitrogen content of nitrogen doped porous graphene, a high-performance electrochemical biosensing platform based on nitrogen doped porous graphene/porous metal oxide nanocomposite will be constructed. We will research the electrochemical biosensing performance of the nanocomposite towards some biomolecules (glucose, amino acid, enzyme and so on), realize the real samples detection, and further construct high-performance and high-sensitivity electrochemical biosensor.

具备高的电催化性能对电催化剂的高效电化学生物传感研究起着决定性作用。石墨烯自其被发现以来，就以其高的电传导性能在电化学生物传感领域得到广泛应用，但是石墨烯层间易团聚，这极大降低了石墨烯潜在的电催化性能。为解决此问题，本项目拟采用一种新型，绿色，简便的方法可控制备高含量均匀氮掺杂的多孔石墨烯，以增大石墨烯的比表面积，增加其电催化活性位点，增强其物质扩散和负载能力，从而极大增强石墨烯的电催化性能。进一步利用氮掺杂的多孔石墨烯高的比表面积和高的含氮量，构建基于氮掺杂的多孔石墨烯/多孔金属氧化物复合材料的高效电化学生物传感平台。研究此纳米复合材料对葡萄糖，氨基酸，酶等生物分子的电化学传感性能，实现高效分析检测实际样品，并进一步将此纳米复合材料用于构建高效，高灵敏的电化学生物传感器研究。

本项目为解决实际制备的石墨烯层间易团聚，比表面积低，活性位点少等导致其电催化性能急剧降低的问题，采用一种新型，绿色，简便的方法，可控制备高含量均匀氮掺杂的多孔石墨烯，以增大石墨烯的比表面积，增加其电催化活性位点，增强其物质扩散和负载能力，从而极大增强石墨烯的电催化性能。为进一步增强其电催化性能，采用多种新颖方法制备一系列新型石墨烯基纳米复合材料，包括高含量氮掺杂多孔石墨烯/有序介孔铁，钴氧化物，氮掺杂的多孔石墨烯/铂纳米花，高分散钴纳米粒子/氮掺杂石墨烯，铂纳米花/石墨烯氧化物，碳量子点@超小铂纳米晶/氮掺杂的石墨烯，钯纳米粒子/多金属氧酸盐/氮掺杂的中空石墨球和高含量均匀氮掺杂石墨烯@铜铁球。这些复合材料均具备高的比表面积和高的电催化性能，实现了对葡萄糖，半胱氨酸，尿酸，双氧水，DNA损伤信号分子-8 -羟基-2’-脱氧鸟苷，对乙酰氨基酚，水氧化等的高效，高灵敏电化学传感。这些工作为新型基于石墨烯的碳纳米复合材料的制备提供了新型的思路，制备得到的这一系列电催化剂在生命科学，医药科学，遗传学，环境科学，能源转换等领域有很广阔的发展前景和实际应用价值。