功能化石墨烯纳米带电化学传感体系的构建及在农药残留快速检测中的应用研究

Due to the widespread use of pesticides, the simple, rapid and accurate detection of these toxic agents in the environment, public places have become increasingly important for homeland security and health. Motivated by these severe situation above, the aim of this project is to synthesis a seris of quasi one-dimensional graphene nanoribbons (GNRs) functional materials (such as inorganic nanomaterials/GNRs, ionic liquids/GNRs and organic/GNRs functional materials), explore the effect of structure, morphology on their optical/electrical properties, and further investigate their practical applications in pesticides determination and sensing. By effective combination of the as-prepared GNRs functional materials and a seris of electrochemical techniques, such as photocatalytic degradation-electrochemical analysis coupling technique, biocatalytic technology and electrochemiluminescence method, effective recognition mechanism is investigted, which provide practical basis for fabrication rapid, accurate pesticides bioanalysis systems. The implementation of this project is not only of significant value for developing the application of GNRs functional materials in pesticides determination, but also of scientific meaning in practical application.

农药的广泛使用已严重威胁到人类的健康以及环境、食品安全，引起了社会的普遍关注，因此如何简便、快速、准确地测定农药残留已成为迫在眉睫的重要研究课题。本项目以控制合成准一维石墨烯纳米带（GNRs）功能复合材料为切入点，通过设计合成方案和制备手段，调控制备一系列GNRs功能复合材料（如无机纳米材料/GNRs、离子液体/GNRs和有机物功能化GNRs复合材料），探讨其组成、结构等因素对其光/电性能的影响，进一步将制备的功能复合材料与光催化降解-电化学分析耦合、仿生催化以及电化学发光技术进行有效结合，基于特定农药分子及其降解产物对构建的纳米功能界面的光电响应或电化学信号的变化，建立农药分子识别机制，为研制农药电化学传感器、建立灵敏准确的分析方法提供依据。因此项目的实施，对拓展GNRs功能复合材料的基础与应用研究具有重要的科学意义。

发展简便、快速、准确的农产品质量安全检测技术，对保障生态安全及维护人类健康具有重要意义。本项目针对现有农产品质量安全检测方法灵敏度低、选择性差等问题，开展基于功能化石墨烯纳米带复合材料的农产品质量安全电化学传感器的研究，研究工作具备重要的学术意义和应用价值。该研究中，以化学氧化法剪切多壁碳纳米管制得的氧化石墨烯纳米带为反应载体，采用各种功能复合材料制备技术，制备了一系列基于石墨烯纳米带的功能复合材料；同时，采用异原子杂化技术与原位制备方法，制备了一系列氮杂石墨烯基复合材料，改善了纳米材料的物理化学性能；进一步通过各种表征测试手段，探究了复合材料的性能，揭示了复合材料的组成、结构与其光/电性能的关系。最后，利用制备的功能复合材料的电催化活性、光电化学活性、电致化学发光特性、生物相容性等优异性能，通过耦合多种电化学传感技术（包括安培传感、电化学发光传感、光电化学传感、阻抗传感等），建立了一系列农产品（食品）中农药残留及其他有毒有害物质（真菌毒素、微囊藻毒素、重金属离子等）简便、快速、准确和高效的化学/生物传感检测方法，并提出和证实了复合材料各组分间的协同作用机制、农药分子与纳米复合传感界面间的配位机制等重要结论。本项目研究对于石墨烯基纳米带基及氮杂石墨烯基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。