石墨烯基杂化材料的可控组装、协同机制与生物传感研究

石墨烯是一种理想的电极材料和传感材料，目前已激起了国内外生物分析研究者的极大研究兴趣，并展现了诱人的应用前景，但仍存在很多不确定因素和谜团亟待研究者去探索和发现。本项目从调控制备功能化石墨烯基杂化材料入手，通过设计石墨烯表面功能化方案和制备手段，调控制备一系列石墨烯基杂化材料，如纳米材料修饰的石墨烯基杂化材料、离子液体修饰的石墨烯基杂化材料和石墨烯基有机杂化材料，研究杂化材料组成、结构和形态分布等因素对其光、电性能的影响，揭示杂化材料各组分间的协同作用机制。通过构建石墨烯基杂化材料的新型仿生界面和研究平台，考察生物分子与仿生界面相互作用的机理以及电子传递和识别机制，为研制石墨烯基杂化材料的生物传感器，建立灵敏准确的生物分析方法提供依据。本项目的实施在丰富和发展石墨烯基材料在生物分析和检测领域的基础与应用方面均具有较为重要的科学意义。

功能材料的应用研究表明，单一材料的应用遇到了一定的瓶颈，无法突破其性能上的限制并满足应用领域的需求。由于各种单一材料都具有某方面独特的物理化学性能及优势，因此材料间的恰当复合，可以通过协同作用增强各自的性能，突破其性能和应用的瓶颈，甚至还可以赋予复合材料一些新的物理化学性能。本项目采用各种功能复合材料制备技术，以石墨烯作为新型的二维功能载体，制备了一系列石墨烯基功能复合材料；同时通过化学剪切和异原子杂化技术，改善石墨烯的物理化学性能，并制备了一系列石墨烯量子点复合材料和氮杂石墨烯基复合材料；进一步通过各种表征测试手段探究了复合材料的性能，揭示了复合材料中各组分间的相互影响机制。最后利用制备的功能复合材料的电催化活性、光化学活性、电致化学发光特性、信号放大、生物相容性以及荧光等优异的物理化学性能，构建了一系列电化学（包括安培传感、电化学发光传感、光电化学传感、阻抗传感等）传感平台和光学（紫外-可见和荧光）传感平台，建立了一系列生物小分子、食品中有毒有害物质和食品中营养成分等简便、快速、准确和高效的化学/生物传感检测方法，并提出和证实了石墨烯基复合材料各组分间的协同作用机制、农药分子与石墨烯基纳米复合传感界面间的配位机制等重要结论。本项目研究对石墨烯基纳米复合材料的设计制备及其在生物传感领域的应用具有指导意义。