导电聚合物/ MXene复合材料的制备及其对环境污染物的光电响应机制

The MXene is a kind of novel graphite-like two-dimensional crystal material, which is quite active in many research fields, such as energy storage, adsorption and so on, due to its prominent physical-chemical properties. However, there is much less in-depth investigation in of application analytical chemistry. The MXene is amphipathy and there are rich fluorine, oxygen and hydroxyl active functional groups on its surface. Excellent conductivity and biocompatibility of MXene make it great potential in photoelectric sensing field. Herein, conducting polymer/Mxene binarynanocomposites are prepared by soft chemical methods. The interaction mechanism between the two components was explored. The effects of component selection, mixture ratio and different combination methods on the structure, morphology and photoelectric properties of as-prepared composites are investigated. Based on this, the conditions and mechanism of the composite materials for simultaneously detecting various environmental pollutants are studied systematically. Additionally, the linear relationships between the concentration of specific molecule and luminescent or electrochemical response signal are further established. Therefore, selective and sensitive determination for target molecules is realized. The implementation of this subject will provide reference for the preparation of MXene functional composites materials, widen the application field of MXene in analytical chemistry, and offer fresh research ideas for further exploring and developing the potential application of the MXene.

MXene是一类新型类石墨烯二维晶体材料，其优异的物理化学性质使得其在储能、吸附等领域的研究非常活跃，但是目前其在分析化学领域的应用缺乏深入的研究。MXene具有两亲性，表面富含氟、氧、羟基活性官能团，且良好的导电性和生物相容性使得其在光电传感领域具有很大的应用潜力。项目采用软化学方法制备导电聚合物/MXene二元纳米复合材料，探讨两种组分之间的相互作用机制，并研究组分的选择、配比和复合方式对材料形貌结构及光电化学性能的影响。在此基础上，系统研究复合材料对多种环境污染物光电双功能同时/同步检测的条件和机理，建立发光和电化学响应信号与特定分子浓度之间的对应关系，实现复合材料对特定分子的高选择性灵敏检测。本项目的实施可为新型MXene复合功能材料的制备提供参考，拓宽了MXene在分析化学中应用领域，为进一步探究和开发MXene潜在应用提供新的研究思路。

MXene是一类新型类石墨烯和石墨相碳化氮二维晶体材料，其优异的物理化学性质使得其在储能、吸附等领域的研究非常活跃。MXene具有两亲性，表面富含氟、氧、羟基活性官能团，且良好的导电性和生物相容性使得其在光电传感领域具有很大的应用潜力。石墨碳氮化物（g-C3N4）因其优异的稳定性、无毒性、高比表面积和低成本而引起了广泛关注。然而，导电性和化学惰性差限制了g-C3N3在电化学领域的应用。我们通过静电自组装法将质子化氮化碳与MXene 进行复合，并将其用于针对重金属离子的同步电化学检测。电化学研究表明，该电化学传感器对与铅离子和镉离子展现出优异的灵敏度和稳定性，检测限分别为0.6 nM 和1.0 nM。此外，对同步检测过程中铅离子和镉离子的电化学反应机理进行分析发现，金属间化合物及竞争沉积共同影响了最终电化学传感器的电流响应。利用静电自组装与冰晶模板法制备了稳定性更高、电化学性能更好的负载金-钯纳米粒子的H-C3N3/ MXene 复合材料，通过电化学实验发现，该传感器在最佳实验条件下对核黄素和槲皮素展现出优秀的灵敏度和选择性。并通过构建针对核黄素和槲皮素的浓度-电流响应数学矩阵模型实现了对核黄素和槲皮素的同步定量电化学检测。项目探讨两种组分之间的相互作用机制，并研究组分的选择、配比和复合方式对材料形貌结构及光电化学性能的影响。在此基础上，系统研究复合材料对多种环境污染物光电双功能同时/同步检测的条件和机理，建立发光和电化学响应信号与特定分子浓度之间的对应关系，实现复合材料对特定分子的高选择性灵敏检测。本项目的实施可为新型MXene复合功能材料的制备提供参考，拓宽了MXene在分析化学中应用领域，为进一步探究和开发MXene潜在应用提供新的研究思路。