基于石墨烯的酚类物质敏感器件的构筑及其性能研究

酚类物质是一种细胞原浆毒，能使细胞失去活性，属高毒类化合物。但是，至今还缺少高选择性、高灵敏度、低成本、快速的探测手段。本项目拟用机械摩擦等方法制备微米尺度的石墨烯，采用聚甲基丙烯酸甲酯纳米转移技术将石墨烯定点放置到微米间隙电极上，构筑石墨烯场效应管器件；探索降低石墨烯与微电极之间接触电阻的简单有效方法；设计、合成含芘结构的环糊精衍生物，通过芘与石墨烯之间π-π堆积作用将环糊精衍生物修饰到石墨烯表面，充当识别酚类分子的敏感层；研究石墨烯/电解液界面的伏安特性，考察不同栅压下传感器对酚的敏感响应，研究石墨烯表面修饰了芘-环糊精衍生物及其吸附酚类分子后载流子浓度和信噪比的变化规律，研究石墨烯场效应管传感器与酚类分子敏感作用的测试方法，阐明环糊精修饰石墨烯传感器对酚的敏感机理，建立水体中酚类物质快速、高灵敏探测方法，为水体中酚类分子的高灵敏、快速检测提供技术基础。

本项研究针对特定的苦味酸和TNT等目标分子，设计、筛选出合适的化学分子，对石墨烯表面进行化学修饰，充当识别目标分子的敏感层，发展出苦味酸、TNT和Hg2+石墨烯传感器件。此外，设计合成出对Co2+具有很强的吸附特性的氨基化氧化石墨烯。具体研究成果概括如下：.1、还原氧化石墨烯传感器对重金属离子Hg2+的选择性检测。采用氧化超声分散法制备出氧化石墨烯，再将氧化石墨烯自组装在微米间隙电极上，用电化学还原得到还原氧化石墨烯，研制出还原氧化石墨烯传感器件。该传感器对水溶液中Hg2+的响应灵敏性高，检测线性范围为40 nM-3240 nM，检测灵敏度和检出限分别为0.08833 nA nM-1和7.8 nM。同时，该还原氧化石墨烯传感器对Hg2+具有高选择性。.2、设计研制出一种苦味酸传感器件。设计合成出含芘结构的环糊精，用来修饰还原氧化石墨烯器件。该传感器对苦味酸的线性响应范围为5 μM-215 μM，检测灵敏度和检出限分别为0.00613 μA μM-1和0.54 μM。该传感器对苦味酸具有较高的灵敏度和选择性，这主要由于β–环糊精的独特结构（疏水内腔和亲水外表面）使得β–环糊精易与苦味酸的疏水基团–NO2相结合。.3、1-丁酸芘-β-环糊精石墨烯修饰电极对苦味酸的电化学检测。用电化学方法研究1-丁酸芘-β-环糊精石墨烯修饰电极对苦味酸的敏感响应。研究发现，该传感器对苦味酸的检测范围为1 μM-440 μM，且呈现很好的线性关系，检出限低至0.358 μM。.4、设计研制出一种TNT传感器件。设计、合成出1-丁酸芘-乙二胺，将1-丁酸芘-乙二胺修饰到还原氧化石墨烯传感器的表面。该APC-rGO传感器件对TNT的灵敏度和检出限分别为0.0429 μA μM-1 和0.077 μM。与甲酚、二甲酚和邻硝基苯酚相比，APC-rGO传感器件对TNT具有较高的选择性。1-丁酸芘-乙二胺修饰到还原氧化石墨烯能够增强对TNT分子的吸附，从而增强石墨烯器件的缺电子性，使其电导增大。.5、将氧化石墨烯与氨基重氮盐反应合成出一种对Co2+具有较强吸附特性的氨基化氧化石墨烯。该GO-NH2纳米片能很快的去除水中的钴离子，0.3 g/L的吸附剂可以在5分钟内去除90%以上的钴离子，最大饱和吸附容量达到116.35 mg/g。.