石墨烯复合膜修饰电极的辐射制备及其在重金属离子检测分析中的应用研究

Graphene oxide (GO) was synthesized with the Hummers method, and it was integrated with sulfonic acid group to formed sulfonic graphene oxide (SGO). Using γ-ray radiation method, GO and SGO was reduced to prepare reduced GO (RGO) and reduced SGO (RSGO), respectively. Fourier transform infrared (FT-IR) spectra, Scanning electron microscopy (SEM) measurements, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM),X-ray photoelectron spectrocopy (XPS) and thermogravimetric analysis (TGA) were employed to characterize the GO、SGO、RGO and RSGO produced by our experiment. RGO and RSGO was dispersed in Nafion-isopropanol solution to form the suspension respectively, and then Nafion-G and Nafion-SG composite film modified glassy carbon electrode was obtained by drop casting method. The determination of the heavy metal ions Pb2+、Cu2+ and Cd2+ was investigated by anodic stripping voltammetry (ASV). It is expected that the obtained modified electrodes could possess good stability, good selectivity and high sensitivity by the optimum reaction condition. And we hope that this work could provide ideas for preparation methods of new chemical modified electrodes.

通过Hummers法合成氧化石墨烯（G0），并在氧化石墨烯基础上引入了磺酸基形成了磺化氧化石墨烯（SGO），采用γ射线辐射方法对GO和SGO进行还原以制备还原氧化石墨烯（RGO）和还原磺化氧化石墨烯（RSGO）。利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）及热重分析（TGA）等对通过实验制备的GO、SGO、RGO及RSGO进行表征。分别将RGO和RSGO分散在Nafion/异丙醇溶液中以制备分散液，采用滴涂方法制备石墨烯/Nafion复合膜修饰电极和磺化石墨烯/Nafion复合膜修饰电极。使用阳极溶出伏安法研究制备的石墨烯复合膜电极对重金属离子Pb2+、Cu2+和Cd2+的分析检测，确定检出限。预期通过优化反应条件获得稳定、选择性好、灵敏度高的用于重金属离子检测的电极材料，为新型化学修饰电极的制备方法提供新思路。

随着中国经济的迅速发展和社会现代化建设的进行，污染物的排放已经日益严重，其中重金属污染已成为最严重的环境生态污染之一。重金属污染物由于其毒性强、易富集，已经对人类的健康构成严重的威胁。因此亟需开发一种简便、快捷、精确的重金属检测方法。目前，检测重金属离子的常见方法有光谱法和电化学方法等。其中，化学修饰电极具有易操作、对样品非破坏性、精度高、响应快、选择性好、灵敏度高以及成本低等优点，因而被广泛的应用于环境样品中的重金属离子检测。石墨烯材料具有卓越的电化学性质，比表面积大、电子传递速率高和优异的电催化特性，因此可用于制备多用途的电极材料，在电化学分析领域引起了国内外学者的广泛关注。采用高能辐射的方法制备石墨烯复合材料，具有高效、环境友好、可在室温操作以及方便大批量生产等优点。本项目通过Hummers法合成氧化石墨烯，并在氧化石墨烯基础上引入了磺酸基形成了磺化氧化石墨烯，进一步采用γ射线辐射方法对磺化氧化石墨烯进行还原以制备还原磺化氧化石墨烯。利用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射光谱、X射线光电子能谱及热重分析等对制备的石墨烯材料进行表征，证实还原磺化氧化石墨烯已经成功制备。采用滴涂方法制备石墨烯/Nafion复合膜修饰电极和还原磺化氧化石墨烯/Nafion复合膜修饰电极。使用阳极溶出伏安法研究制备的磺化石墨烯复合修饰电极对重金属离子Pb2+、Cu2+和Cd2+的分析检测。实验结果表明：通过γ射线辐射方法成功实现了磺化氧化石墨烯的还原而保留了磺酸基；并且磺化后的石墨烯复合电极由于引入了磺酸基，更有利于与阳离子进行交换，显著提高了重金属离子的检测灵敏度。通过阳极溶出伏安法对磺化石墨烯复合电极的检测条件和性能进行了优化，Pb2+、Cu2+和Cd2+的检出限分别为0.15 μg L-1、0.34 μg L-1、0.19 μg L-1、线性范围分别为1~500μg L-1、20~500μg L-1、5~200 μg L-1。本项目为新型石墨烯化学修饰电极材料的制备方法提供了新思路。