导电聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/氧化石墨烯复合材料的制备及应用

Graphene is easy to agglomerate and is insoluble in water and common organic solvents. Modification of graphene oxide (GO) to improve its dispersion is one of the most effective way to achieve the functionalization of graphene and expand its application. This project is designed to modify the GO through covalent and non-covalent bonds by 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) and its polymer PEDOT with functional group side chains, then polymerize the modified GO and the EDOT monomers or PEDOT via chemical oxidative polymerization, blending or in-situ electrochemical polymerization to prepare conducting PEDOT/GO composites, and explore the detection of macrolide antibiotics (MALs) using the composites to modified electrodes as electrochemical sensors. In the project, the influence of the structures of EDOT monomers and polymers and modified methods of GO on properties of GO will be systematically studied. In addition, the preparation process of the conducting PEDOT/GO composites will be explored, and the detection method of single and various MALs will be established. The project is likely to be the first one to modify GO using the side chain functional EDOT and its polymers. The project is also likely to pioneer in the integration of the good biocompatibility of GO and the excellent performances of the PEDOT in the preparation of PEDOT/GO composites and detection of the MALs. These will be critical in the development and application of GO nanocomposites.

石墨烯易团聚，难溶于水和普通有机溶剂，对氧化石墨烯（GO）改性，提高其分散性，是实现石墨烯功能化并拓展其应用的最为有效的途径之一。本项目拟采用含官能团侧链的3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）及其聚合物PEDOT对GO进行共价键和非共价键改性，将其与EDOT单体或PEDOT通过化学聚合、共混、电化学原位聚合三种方法制备导电PEDOT/GO复合材料，并探索其修饰电极作为电化学传感器应用于大环内酯类抗生素（MALs）的分析检测。系统研究EDOT单体和聚合物结构与改性方法对改性GO性能的影响规律，掌握导电PEDOT/GO复合材料的制备工艺，建立单种和多种MALs同时分析检测的方法。本项目首次用侧链修饰的EDOT及其聚合物改性GO，将GO的良好生物兼容性与PEDOT的优良性能结合制备PEDOT/GO复合材料，并首次将其应用于MALs的分析检测，对GO纳米复合材料的发展及应用具有重要意义。

石墨烯片层之间存在较强的范德华力，容易产生团聚，使其难溶于水和常用有机溶剂，限制了石墨烯的进一步研究和应用。氧化石墨烯（GO）是大规模合成石墨烯的起点，通过对GO进行改性是实现石墨烯功能化并进一步拓展其应用的最为有效的途径之一。利用导电聚合物改性GO在提高石墨烯溶解性的同时，还可获得优良电、力、热等性能的导电聚合物/GO纳米复合材料。.本项目主要以GO和聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、聚(2'-羟甲基-3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDTM）等为研究主体，采用采用液-液界面聚合、化学聚合、一步电化学聚合等方法制备了导电聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/氧化石墨烯（PEDOT/GO）复合材料，将复合材料修饰电极构建了电化学传感器，实现了对药物芦丁、抗坏血酸和己烯雌酚以及汞离子、亚硝酸盐及实际样品的分析检测应用，并对检测机理进行了考察。研究表明，GO与PEDOT间可进行很好地结合，所制备的复合材料电极均对被检测对象表现出良好的电催化性能，所构建的传感器具有快速、稳定、灵敏度高的优点。另外，制备出一系列不同还原程度的石墨烯，考察了它们对药物异烟肼的电催化性能。除此之外，还利用界面聚合、层层自组装的方法分别制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）/PEDOT复合材料和功能化单壁碳纳米管（f-SWCNT）/PEDTM复合材料，并对它们的性能进行了研究。.通过本项目的研究，掌握了导电PEDOT/GO复合材料的制备方法及工艺条件，获知了PEDOT衍生物分子结构、制备方法等对复合材料性能的影响规律；掌握了PEDOT/GO复合材料传感器的构建方法，获知复合材料结构、缓冲液、pH值、扫描速率等与被检测物结构对检测效果影响的规律。该研究对GO纳米复合材料的制备及其在药物和重金属离子检测等相关领域的应用提供了理论基础和技术支持。