石墨烯及其复合物对有毒气体敏感特性研究

本研究采用一步合成法，在金属纳米粒子合成过程将金属粒子（如Au,Pt等）自组装到氧化石墨烯表面形成氧化石墨烯-金属粒子复合物。此外，为了进一步提高气体分子检测的选择性，选取末端分别是氨基和羧基的巯基化合物（巯基乙胺、巯基乙酸、巯基苯胺、巯基苯酸）修饰到复合物表面形成修饰后的复合物。研究修饰前后复合物传感器对毒性气体分子（NO2、NH3、SO2、CO、H2S）的敏感性，从而确定对特定气体分子选择性敏感的传感器，并对传感器提高气体分子检测的选择性和灵敏度的作用机理进行推断和解释。在此研究基础上，设计基于修饰前后的石墨烯复合物的传感器阵列，研究复杂气体环境中气体分子的选择性检测，使相关气体分子的快速准确分析检测成为可能。

本研究通过Hummers方法将石墨氧化形成氧化石墨，通过在水溶液中超声将氧化石墨分散成均匀的单层氧化石墨烯，经还原反应形成石墨烯，从而实现石墨烯在基体中的纳米级分散，利用表征手段对石墨烯结构进行研究。开发氧化石墨烯-金属复合物的合成方法，使得金属纳米粒子均匀分布在氧化石墨烯表面，合成后的复合物采用表征手段对其形态及其排布进行表征，探讨出最佳的合成方法制备复合物，然后，还原氧化石墨烯得到石墨烯-金属粒子复合物。.此外，用氧化石墨烯层作为基层合成羧基化的石墨烯（Graphene-COOH），巯基化功能的石墨烯（Graphene-SH）以及高分散的石墨烯。功能化的石墨烯被沉积在氯金酸溶液中通过一步化学还原法得到功能化石墨烯-金复合物。比较了三种不同修饰方法对金纳米颗粒在功能化石墨烯上的生长影响。.氧化石墨烯表面含有大量官能团，可以对氧化石墨烯进行改性。修饰一些分子或聚合物在氧化石墨烯表面可以减少团聚，有利于获得单层的石墨烯。研究氧化石墨烯基复合物对毒性气体的气敏性检测。通过将PEI共价到羧基化石墨烯上形成GO-COOH/PEI 复合物，并用电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪和热重分析仪来表征复合物。电化学研究结果表明，修饰复合物在电极表面有利于提高电化学响应，表明其在电化学传感中的潜在应用。此外，结果表明复合物电极对氨具有较好的电催化氧化性。制备了GO-COOH/PEI 复合物通过共价键合PEI到GO-COOH表面。表征手段证明了复合物的成功修饰。电化学检测铁氰化钾溶液证明复合物的信号提高，说明复合物在电化学传感中的应用。复合物修饰电极说明其具有较好的电催化氧化氨水的活性。.金纳米颗粒在合成过程成功修饰到石墨烯表面。电化学检测铁氰化钾溶液表明金纳米颗粒沉积到石墨烯层可以提高铁氰化钾溶液的电子转移。此外，研究表明该复合物具有较好电催化氧化氨水的性能。. 本项目发表高水平学术论文14篇：其中国际刊物12篇和国内刊物2篇，SCI收录8篇，EI收录8篇；申请/授权发明专利2项，其中1项已经授权；培养硕士研究生4人，其中2人获得学位，2人在读；参加国际学术会议3次。