石墨烯基多级纳米复合材料的制备及在电化学传感器中的应用研究

本项目旨在制备石墨烯基多级纳米复合材料，发展高灵敏度、高选择性的新型电化学传感器。以电化学和自组装技术为主线，结合谱学、显微镜等技术研究三维多孔聚苯胺纳米阵列在石墨烯表面的生长规律；进一步在其上复合具有催化功能的无机纳米颗粒制备石墨烯基多级纳米复合材料；发展能对目标分子进行快速、灵敏检测的新型电化学传感器；揭示石墨烯、聚苯胺阵列与纳米颗粒之间的协同作用机制；寻求提高该类传感器性能的新途径。与已报道的基于石墨烯基单层纳米材料的传感器相比，本项目创新性地采用了石墨烯基三维多孔聚苯胺阵列模板负载纳米颗粒构筑电化学传感器，充分利用了阵列模板比表面积高、活性点多的优势，不仅同时保持了石墨烯、聚苯胺和无机纳米粒子的固有特性，还能产生新颖的协同效应，为传感器的研制向着选择性高、分析速度快、便携简单和性能稳定等方面提供了新思路。

本项目旨在制备石墨烯基多级纳米复合材料，发展高灵敏度、高选择性的新型电化学传感器。项目的研究始终按计划进行，经过项目组全体成员四年来不懈努力地工作，合成了具有不同功能基团的石墨烯并利用化学法形成聚苯胺阵列，制备了不同种类的石墨烯基三维多孔聚苯胺阵列，并且进一步将具有生物催化功能的纳米颗粒负载在三维多孔聚苯胺阵列上，成功地发展了一系列建立在高灵敏电化学传感器平台上的仿生多级纳米复合材料。我们的工作以电化学方法为主线，结合光谱、AFM、SEM 和TEM 等技术系统研究了石墨烯与三维多孔聚苯胺阵列的相互作用，固载在聚苯胺阵列上的纳米颗粒与阵列之间的相互作用，揭示了三维多孔聚苯胺阵列的生长规律及对纳米颗粒的大小、形貌相互影响的关系。此外，我们还合成了一系列石墨烯基纳米复合材料用于传感分析，结合类似研究技术，构建了阵列、花球状、树枝状等多种形态的纳米复合材料，揭示了石墨烯与纳米材料之间的协同作用机制，展现了其在电化学传感领域的丰富应用，深度挖掘了石墨烯材料的广阔发展潜力，并探讨了不同形态的纳米材料的形成机理。最后我们将研究成果拓展到碳材料应用中，发展了一系列以碳材料为基底的多级纳米复合材料，深度挖掘了丰富多彩的碳材料的发展潜力，并探讨了不同形态的碳基多级纳米材料的形成机理，为后继研究打下了基础。与已往报道的基于石墨烯基单层纳米材料的传感器相比，本项目创新性地采用了石墨烯基三维多孔聚苯胺阵列模板负载纳米颗粒构筑电化学传感器，充分利用了阵列模板比表面积高、活性点多的优势，不仅同时保持了石墨烯、聚苯胺和无机纳米粒子的固有特性，还能产生新颖的协同效应，为传感器的研制向着选择性高、分析速度快、便携简单和性能稳定等方面提供了新思路。截至目前为止，共发表SCI论文54篇、授权4项国家发明专利，参加国际会议3次并做2次口头报告，参加国内会议9次并做2次口头报告，发表42篇会议论文。