二维纳米材料的原位合成及其电分析化学应用研究

This proposal pursue the in-situ synthesis of graphene / graphene-like 2-D materials on microelectrodes array surface and seek its potential applications in electrochemical analysis, with controllable structure, morphology and properties. Graphene and graphene like material will be synthesized onto mirocelectrode surface by chemical vapor deposition techniques, with a non-further transfer process. This device will be used to study the sensing of SO2 NO and NO2 gas. The electrochemical properties and the methods for the monitoring of environmental pollutants such as SO2, NO2 will be studied. We will also to investigate the formation of three-dimensional graphene on the electrode surface and the loading ionic liquid into these 3-D nanoporouse electrodes. Ionic liquids can be stored in these nanoporous materials for a long time and then reserved in the nanoreactor as the electrolyte for further electrochemical analysis. And then a graphene based non-aqueous electrochemical sensor system will be fabricated. Then these nanoporous 3-D graphene electrode immobilized with ionic liquids as robust sorbents were developed for environmental gas pollutants sensor. Ionic liquid could be facilely immobilized into porous 3-D graphene materials. The presented strategy will pave the way for the developing of well-structure graphene-ionic liquid electrochemical system with high sensitivity and well reliability electrochemical sensor for SO2 and NO2

本课题将首次结合石墨烯/类石墨烯的CVD合成与微电极制备技术，利用原位CVD合成方法在微电极表面合成结构、形态和性质可控的二维或三维石墨烯/类石墨烯膜材料，然后研究其电化学性质和对环境大气污染物的实时监测方法与技术。利用三维石墨烯/类石墨烯材料对离子液体载入作用，石墨烯/类石墨烯多孔膜可用作纳米反应器，离子液体作为电解质进行电化学分析，进而构造石墨烯/类石墨烯-非水体系纳米电化学传感器。主要目标测定污染物包括SO2、NO2等，项目将实现石墨烯类石墨烯的原位合成与制备。

常规的检测过程通常需要采样、样品处理、运输和实验室样品分析等几个步骤，其时效性较差，因此，开发具有高精度、高灵敏度、高特异性，可快速分析的设备与技术迫在眉睫。电化学分析系统具有价格适中，容易自动化，可实施连续监测，因此电化学传感器在检测环境污染物过氧化氢和葡萄糖等领域具有广泛应用。电化学传感器的灵敏性、选择性和稳定性依赖于电极材料的结构和性质，石墨烯作为完美的二维载体，具有优异的导电性、机械性能和大的比表面积，被用来与其他材料复合制备高灵敏度的电化学传感器。因此本课题结合石墨烯的化学气相合成方法（CVD）与微电极制备技术，利用原位CVD合成方法在电极表面合成形态和性质可控的石墨烯膜材料，然后研究其电化学性质，开发新一代电化学传感器，进一步应用于环境领域中H2O2和人体中葡萄糖的检测。主要研究内如分为以下几部分：（1）探讨不同性质基底生长石墨烯的可行性，研究生长时间、反应物质、反应条件对石墨烯形貌的影响，研究了石墨烯晶畴生长趋势，探究了非平面基底生长微米级或更大尺寸石墨烯的可行性。（2）铂/石墨烯、金/石墨烯复合材料的电化学检测H2O2：通过贵金属纳米纳米颗粒和石墨烯单层膜之间的嵌合作用，实现了石墨烯负载铂、金纳米颗粒复合材料的自支撑膜制备，应用到H2O2非酶电化学检测领域，表现出极短的响应时间（<2s），极低的响应浓度，较高的稳定性和选择性，在实际样品检测中具有可行性。（3）金/石墨烯复合材料葡萄糖电化学传感器：以戊二醛为交联剂，通过Schiff base反应，实现了葡萄糖转化酶（GOD）在石墨烯表面金纳米颗粒上的固定，以此复合材料作为电极构建电化学传感器用于葡萄糖检测，表现出了对低浓度葡萄糖的良好检测性能，并具有良好的稳定性和抗干扰能力，同时探究了此传感器对人体汗液的实样检测效果，提出了未来应用于葡萄糖可穿戴传感器的可能。