石墨烯是由Sp~2雜化的碳原子組成的新型二維平面材料,具有巨大的比表面積,優(yōu)異的電子遷移能力,良好的柔韌性和透光率,強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。目前石墨烯及其復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于能源、環(huán)境、納米生物醫(yī)學(xué)以及傳感器等諸多領(lǐng)域。尤其是在化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域,石墨烯以其優(yōu)異的性能滿足了高靈敏性傳感器的設(shè)計(jì)需求。氧化石墨烯具有類過(guò)氧化物酶的能力；石墨烯能夠與靠近它的熒光分子發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET),導(dǎo)致熒光猝滅；石墨烯具有表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)的能力,能夠增強(qiáng)石墨烯上拉曼分子的信號(hào)。這些獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)使得石墨烯在光學(xué)傳感器的應(yīng)用上受到廣泛關(guān)注�；谑┘捌鋸�(fù)合材料構(gòu)建操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速、靈敏度高以及選擇性好的光學(xué)傳感器,實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子和糖類的化學(xué)分析,對(duì)環(huán)境保護(hù)和疾病預(yù)防領(lǐng)域具有極大的意義。本論文把石墨烯的優(yōu)異性質(zhì)與光學(xué)傳感器結(jié)合,利用石墨烯的功能化與傳感器機(jī)理的設(shè)計(jì)構(gòu)建了重金屬離子和糖類的高性能傳感器。主要內(nèi)容如下：第一章緒論本章主要介紹了石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法、功能化途徑、石墨烯的復(fù)合材料以及石墨烯的應(yīng)用。最后,總結(jié)了本論文的工作并說(shuō)明了本論文的工作意義。第二章基于石墨烯/葫蘆脲/納米金構(gòu)建非標(biāo)記Pb~（2+）拉曼傳感器的研究本章以葫蘆脲分子(CB[7])作為拉曼信號(hào)分子,利用CB[7]將檸檬酸鈉包裹的金納米粒子(AuNPs)進(jìn)行組裝,然后通過(guò)與聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)修飾的石墨烯之間靜電吸附的作用,最終得到了G/AuNPs/CB(石墨烯/葫蘆脲/納米金)復(fù)合材料。由于CB[7]的結(jié)合位點(diǎn)C=O與Pb~（2+）的結(jié)合能力更強(qiáng),在Pb~（2+）加入后,AuNPs、Pb~（2+）與CB[7]之間發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)作用,從而使得CB[7]從AuNPs表面脫落,拉曼強(qiáng)度降低。該"OFF"型的拉曼傳感器能夠在1 nM-0.3 μM的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb~（2+）的線性檢測(cè),檢測(cè)限達(dá)到了0.3 nM。第三章基于GO熒光淬滅效應(yīng)及對(duì)溶金反應(yīng)促進(jìn)作用構(gòu)建Pb~（2+）熒光傳感器的研究本章以氨基芘(AP)作為熒光信號(hào)分子,通過(guò)Au-N鍵的化學(xué)作用連接到納米金表面,由于強(qiáng)物理吸附力,AuNPs-AP被吸附到GO表面得到GO/AuNPs-AP。此時(shí)GO與AP之間由于熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)使得體系的熒光猝滅。加入Pb~（2+）和S2O32-后,由于金能夠在Pb~（2+）催化下溶解在82032-中,因此隨著納米金的溶解,AP從納米金表面脫落從而使得體系的熒光恢復(fù),構(gòu)建了“On”型的熒光傳感器。我們的熒光傳感器在2.0×10-9到1.0×10-7 M的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Pb~（2+）的線性檢測(cè),檢測(cè)限達(dá)到了0.6 nM。第四章氧化石墨烯對(duì)溶金反應(yīng)的促進(jìn)效應(yīng)研究及Pb~（2+）比色傳感器的構(gòu)建本章探討了氧化石墨烯(GO)在溶金反應(yīng)里的催化效果。納米金(AuNPs)在氧氣存在的情況下可以在S2032-介質(zhì)中溶解,然而由于該反應(yīng)的活化能高達(dá)27.99 kJ/mol,溶金反應(yīng)的速度非常緩慢。我們發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯也可以作為溶金反應(yīng)的催化劑,并且催化效率比起傳統(tǒng)的金屬離子和中間配體的催化效果要高出很多。因此我們對(duì)體系中的溶金反應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究,結(jié)果表明常溫下GO的加入使反應(yīng)速度加快了5倍多。同時(shí),我們也探究了反應(yīng)溫度、納米金的表面修飾和粒徑大小對(duì)反應(yīng)速度的影響。最終,我們基于Pb~（2+）-S2O32--GO體系以納米金為比色信標(biāo)構(gòu)建了Pb~（2+）的比色傳感器,隨著Pb~（2+）的加入,溶液的顏色變化能夠明顯的用肉眼觀測(cè)到,該傳感器能在0.1到20 μM的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb~（2+）的線性檢測(cè),檢測(cè)限高達(dá)0.05μM。第五章芳環(huán)化合物對(duì)氧化石墨烯擬過(guò)氧化物酶能力的影響及構(gòu)建糖類傳感器的研究氧化石墨烯具有過(guò)氧化物模擬酶的能力,而過(guò)氧化氫(H2O2)催化TMB(四甲基聯(lián)苯胺)的反應(yīng)是評(píng)估該能力的標(biāo)準(zhǔn)。本章探討了含不同苯環(huán)數(shù)目以及不同取代基的芳香類化合物對(duì)GO過(guò)氧化物模擬酶能力的影響。結(jié)果對(duì)GO進(jìn)行π-π堆積能有效的抑制GO的類酶催化能力,抑制效果隨苯環(huán)數(shù)目的增多而增強(qiáng),另外氨基取代基由于孤對(duì)電子的存在對(duì)酶能力的抑制效果尤其明顯。我們依此利用氨基苯硼酸(ABA)與糖類反應(yīng)前后氮上孤對(duì)電子的轉(zhuǎn)移構(gòu)建了糖類的傳感器。該傳感器對(duì)糖類具有較好的響應(yīng),并且能夠在0.2-15 mM的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)果糖的線性檢測(cè),檢測(cè)限達(dá)到了0.08mM。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP212;O613.71
【文章目錄】：
摘要
abstract
目錄
第一章 緒論
    1.石墨烯簡(jiǎn)介
    2.石墨烯的制備
        2.1 微機(jī)械剝落法
        2.2 化學(xué)氣相沉積法
        2.3 外延生長(zhǎng)法
        2.4 化學(xué)剝離法
    3.石墨烯的功能化途徑
        3.1 物理法
        3.2 化學(xué)法
    4.基于石墨烯的復(fù)合材料
        4.1 與金屬納米粒子復(fù)合
        4.2 與金屬氧化物納米粒子復(fù)合
        4.3 與量子點(diǎn)復(fù)合
        4.4 與聚合物高分子復(fù)合
        4.5 與二維納米材料的復(fù)合
    5.石墨烯的應(yīng)用
        5.1 能源
        5.2 環(huán)境
        5.3 納米生物醫(yī)學(xué)
        5.4 傳感器
    6.本論文的研究意義
2+拉曼傳感器的研究'>        6.1 基于石墨烯/葫蘆脲/納米金構(gòu)建非標(biāo)記Pb²⁺拉曼傳感器的研究
2+熒光傳感器的研究'>        6.2 基于GO熒光淬滅效應(yīng)及對(duì)溶金反應(yīng)促進(jìn)作用構(gòu)建Pb²⁺熒光傳感器的研究
2+比色傳感器的構(gòu)建'>        6.3 氧化石墨烯對(duì)溶金反應(yīng)的促進(jìn)效應(yīng)研究及Pb²⁺比色傳感器的構(gòu)建
        6.4 芳環(huán)化合物對(duì)氧化石墨烯擬過(guò)氧化物酶能力的影響及構(gòu)建糖類傳感器的研究
    參考文獻(xiàn)
2+拉曼傳感器的研究'>第二章 基于石墨烯/葫蘆脲/納米金構(gòu)建非標(biāo)記Pb²⁺拉曼傳感器的研究
    1.引言
    2.實(shí)驗(yàn)部分
        2.1 試劑
        2.2 儀器
        2.3 金納米顆粒的制備
        2.4 石墨烯的修飾
        2.5 G/AuNPs/CB材料的組裝
2+的檢驗(yàn)'>        2.6 SERS的測(cè)量和Pb²⁺的檢驗(yàn)
    3.結(jié)果和討論
        3.1 SERS傳感器的構(gòu)建
        3.2 G/AuNPs/CB復(fù)合材料的SERS效應(yīng)
2+的分析檢測(cè)'>        3.3 Pb²⁺的分析檢測(cè)
2+檢測(cè)'>        3.4 實(shí)體樣品中的Pb²⁺檢測(cè)
    4.結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
2+熒光傳感器的研究'>第三章 基于GO熒光淬滅效應(yīng)及對(duì)溶金反應(yīng)促進(jìn)作用構(gòu)建Pb²⁺熒光傳感器的研究
    1.引言
    2.實(shí)驗(yàn)部分
        2.1 試劑
        2.2 分析儀器和條件
        2.3 制備氧化石墨烯
        2.4 金納米粒子的制備
        2.5 GO對(duì)AP-AuNPs的熒光猝滅
2+'>        2.6 熒光檢測(cè)Pb2+

    3.結(jié)果與討論
        3.1 氧化石墨烯的表征
        3.2 GO對(duì)AP-AuNPs的猝滅過(guò)程
        3.3 納米金溶解反應(yīng)研究
        3.4 GO對(duì)溶金反應(yīng)的促進(jìn)作用
2+傳感器的機(jī)理研究'>        3.5 “On”型Pb²⁺傳感器的機(jī)理研究
        3.6 GO濃度對(duì)熒光檢測(cè)的影響
2+'>        3.7 熒光檢測(cè)Pb²⁺

        3.8 熒光傳感器的選擇性
        3.9 實(shí)際水樣檢測(cè)
    4.結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
2+比色傳感器的構(gòu)建'>第四章 氧化石墨烯對(duì)溶金反應(yīng)的促進(jìn)效應(yīng)研究及Pb²⁺比色傳感器的構(gòu)建
    1.引言
    2.實(shí)驗(yàn)部分
        2.1 試劑和儀器
        2.2 金納米粒子的制備
2+'>        2.3 比色法檢測(cè)Pb²⁺

    3.結(jié)果與討論
2O3
2-體系中溶解的過(guò)程'>        3.1 納米金在S₂O3
2-體系中溶解的過(guò)程
        3.2 GO在溶金反應(yīng)中的加速效果
        3.3 反應(yīng)溫度對(duì)溶金反應(yīng)速度的影響
        3.4 金納米粒子的粒徑大小對(duì)反應(yīng)速度的影響
        3.5 不同表面修飾對(duì)納米金溶解速度的影響
2+比色檢測(cè)'>        3.6 Pb²⁺比色檢測(cè)
        3.7 比色傳感器的選擇性探究
        3.8 實(shí)際樣品檢測(cè)
    4.結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
第五章 芳環(huán)化合物對(duì)氧化石墨烯擬過(guò)氧化物酶能力的影響及構(gòu)建糖類傳感器的研究
    1.引言
    2.實(shí)驗(yàn)部分
        2.1 試劑以及儀器
        2.2 氧化石墨烯的制備
        2.3 過(guò)氧化物酶能力的檢測(cè)
        2.4 糖類的檢測(cè)
    3.結(jié)果與討論
        3.0 GO的表征
        3.1 GO的過(guò)氧化物模擬酶能力
        3.2 π-π堆積對(duì)GO過(guò)氧化物酶能力的影響
        3.3 取代基對(duì)GO過(guò)氧化物酶能力的影響
        3.4 芳香胺的影響
        3.5 果糖傳感器的構(gòu)建機(jī)理
        3.6 對(duì)果糖的檢測(cè)
    4.結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
附錄
致謝

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本文編號(hào)：2839328

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