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,強大的機械強度等優(yōu)點。目前石墨烯及其復合材料已經(jīng)被廣泛的應用于能源、環(huán)境、納米生物醫(yī)學以及傳感器等諸多領域。尤其是在化學檢測領域,石墨烯以其優(yōu)異的性能滿足了高靈敏性傳感器的設計需求。氧化石墨烯具有類過氧化物酶的能力；石墨烯能夠與靠近它的熒光分子發(fā)生熒光共振能量轉移(FRET),導致熒光猝滅；石墨烯具有表面增強拉曼散射(SERS)的能力,能夠增強石墨烯上拉曼分子的信號。這些獨特的光學性質使得石墨烯在光學傳感器的應用上受到廣泛關注。基于石墨烯及其復合材料構建操作簡便、響應迅速、靈敏度高以及選擇性好的光學傳感器,實現(xiàn)對重金屬離子和糖類的化學分析,對環(huán)境保護和疾病預防領域具有極大的意義。本論文把石墨烯的優(yōu)異性質與光學傳感器結合,利用石墨烯的功能化與傳感器機理的設計構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構、性質、制備方法、功能化途徑、石墨烯的復合材料以及石墨烯的應用。最后,總結了本論文的工作并說明了本論文的工作意義。第二章基于石墨烯/葫蘆脲/納米金構建非標記Pb~（2+）拉曼傳感器的研究本章以葫蘆脲分子(CB[7])作為拉曼信號分子,利用CB[7]將檸檬酸鈉包裹的金納米粒子(AuNPs)進行組裝,然后通過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)復合材料。由于CB[7]的結合位點C=O與Pb~（2+）的結合能力更強,在Pb~（2+）加入后,AuNPs、Pb~（2+）與CB[7]之間發(fā)生競爭作用,從而使得CB[7]從AuNPs表面脫落,拉曼強度降低。該"OFF"型的拉曼傳感器能夠在1 nM-0.3 μM的范圍內(nèi)實現(xiàn)對Pb~（2+）的線性檢測,檢測限達到了0.3 nM。第三章基于GO熒光淬滅效應及對溶金反應促進作用構建Pb~（2+）熒光傳感器的研究本章以氨基芘(AP)作為熒光信號分子,通過Au-N鍵的化學作用連接到納米金表面,由于強物理吸附力,AuNPs-AP被吸附到GO表面得到GO/AuNPs-AP。此時GO與AP之間由于熒光共振能量轉移(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,構建了“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)實現(xiàn)了對Pb~（2+）的線性檢測,檢測限達到了0.6 nM。第四章氧化石墨烯對溶金反應的促進效應研究及Pb~（2+）比色傳感器的構建本章探討了氧化石墨烯(GO)在溶金反應里的催化效果。納米金(AuNPs)在氧氣存在的情況下可以在S2032-介質中溶解,然而由于該反應的活化能高達27.99 kJ/mol,溶金反應的速度非常緩慢。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。因此我們對體系中的溶金反應進行了動力學研究,結果表明常溫下GO的加入使反應速度加快了5倍多。同時,我們也探究了反應溫度、納米金的表面修飾和粒徑大小對反應速度的影響。最終,我們基于Pb~（2+）-S2O32--GO體系以納米金為比色信標構建了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到,該傳感器能在0.1到20 μM的范圍內(nèi)實現(xiàn)對Pb~（2+）的線性檢測,檢測限高達0.05μM。第五章芳環(huán)化合物對氧化石墨烯擬過氧化物酶能力的影響及構建糖類傳感器的研究氧化石墨烯具有過氧化物模擬酶的能力,而過氧化氫(H2O2)催化TMB(四甲基聯(lián)苯胺)的反應是評估該能力的標準。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GO過氧化物模擬酶能力的影響。結果對GO進行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,另外氨基取代基由于孤對電子的存在對酶能力的抑制效果尤其明顯。我們依此利用氨基苯硼酸(ABA)與糖類反應前后氮上孤對電子的轉移構建了糖類的傳感器。該傳感器對糖類具有較好的響應,并且能夠在0.2-15 mM的范圍內(nèi)實現(xiàn)對果糖的線性檢測,檢測限達到了0.08mM。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TP212;O613.71
【文章目錄】：
摘要
abstract
目錄
第一章 緒論
    1.石墨烯簡介
    2.石墨烯的制備
        2.1 微機械剝落法
        2.2 化學氣相沉積法
        2.3 外延生長法
        2.4 化學剝離法
    3.石墨烯的功能化途徑
        3.1 物理法
        3.2 化學法
    4.基于石墨烯的復合材料
        4.1 與金屬納米粒子復合
        4.2 與金屬氧化物納米粒子復合
        4.3 與量子點復合
        4.4 與聚合物高分子復合
        4.5 與二維納米材料的復合
    5.石墨烯的應用
        5.1 能源
        5.2 環(huán)境
        5.3 納米生物醫(yī)學
        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/納米金構建非標記Pb²⁺拉曼傳感器的研究
2+熒光傳感器的研究'>        6.2 基于GO熒光淬滅效應及對溶金反應促進作用構建Pb²⁺熒光傳感器的研究
2+比色傳感器的構建'>        6.3 氧化石墨烯對溶金反應的促進效應研究及Pb²⁺比色傳感器的構建
        6.4 芳環(huán)化合物對氧化石墨烯擬過氧化物酶能力的影響及構建糖類傳感器的研究
    參考文獻
2+拉曼傳感器的研究'>第二章 基于石墨烯/葫蘆脲/納米金構建非標記Pb²⁺拉曼傳感器的研究
    1.引言
    2.實驗部分
        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'>        2.6 SERS的測量和Pb²⁺的檢驗
    3.結果和討論
        3.1 SERS傳感器的構建
        3.2 G/AuNPs/CB復合材料的SERS效應
2+的分析檢測'>        3.3 Pb²⁺的分析檢測
2+檢測'>        3.4 實體樣品中的Pb²⁺檢測
    4.結論
    參考文獻
2+熒光傳感器的研究'>第三章 基于GO熒光淬滅效應及對溶金反應促進作用構建Pb²⁺熒光傳感器的研究
    1.引言
    2.實驗部分
        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AP-AuNPs的熒光猝滅
2+'>        2.6 熒光檢測Pb2+

    3.結果與討論
        3.1 氧化石墨烯的表征
        3.2 GO對AP-AuNPs的猝滅過程
        3.3 納米金溶解反應研究
        3.4 GO對溶金反應的促進作用
2+傳感器的機理研究'>        3.5 “On”型Pb²⁺傳感器的機理研究
        3.6 GO濃度對熒光檢測的影響
2+'>        3.7 熒光檢測Pb²⁺

        3.8 熒光傳感器的選擇性
        3.9 實際水樣檢測
    4.結論
    參考文獻
2+比色傳感器的構建'>第四章 氧化石墨烯對溶金反應的促進效應研究及Pb²⁺比色傳感器的構建
    1.引言
    2.實驗部分
        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Pb²⁺

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

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李宗紅;;石墨烯——二維碳的奇妙世界[J];寶雞文理學院學報(自然科學版);2010年04期

2 李永璽;陳彧;莊小東;張斌;朱金輝;李佩佩;牛麗娟;;石墨烯化學及潛在應用[J];上海第二工業(yè)大學學報;2010年04期

3 常艷麗;陳勝;曹傲能;;壓力促進氧化石墨烯水熱還原反應的機理[J];上海大學學報(自然科學版);2010年06期

4 王耀玲;羅雨;陳立寶;李秋紅;王太宏;;石墨烯材料的研究進展[J];材料導報;2010年S1期

5 任文才;高力波;馬來鵬;成會明;;石墨烯的化學氣相沉積法制備[J];新型炭材料;2011年01期

6 王延相;劉玉蘭;王麗民;季敏霞;王成國;;由聚丙烯腈基碳纖維制備石墨烯薄膜的探索研究[J];功能材料;2011年03期

7 劉霞;;石墨烯:硅的“終結者”?[J];發(fā)明與創(chuàng)新(綜合科技);2011年09期

8 ;科學家觀察到石墨烯內(nèi)電子間相互作用[J];黑龍江科技信息;2011年27期

9 袁文輝;李保慶;李莉;;改進液相氧化還原法制備高性能氫氣吸附用石墨烯[J];物理化學學報;2011年09期

10 ;美開發(fā)出人工合成高質量石墨烯新方法[J];天然氣化工(C1化學與化工);2011年05期

相關博士學位論文 前10條

1 王金華;類石墨烯納米片和模型體系的理論研究[D];吉林大學;2010年

2 廖清;石墨烯及其相關結構的生長和性質研究[D];浙江大學;2011年

3 謝月娥;石墨烯納米結構電子輸運的調(diào)制[D];湘潭大學;2011年

4 袁建輝;石墨烯中的電子及其輸運性質的研究[D];華中科技大學;2012年

5 徐華;石墨烯界面電荷轉移的拉曼光譜研究[D];蘭州大學;2012年

6 徐宇曦;功能化石墨烯的制備、組裝及其應用[D];清華大學;2011年

7 康朝陽;碳化硅、藍寶石與銅箔表面石墨烯的生長和表征研究[D];中國科學技術大學;2012年

8 李占成;高質量石墨烯的可控制備[D];中國科學技術大學;2012年

9 呂偉;石墨烯的宏量制備、可控組裝及電化學性能研究[D];天津大學;2012年

10 江林海;石墨烯負載納米復合材料的制備及其性質研究[D];吉林大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 同鑫;石墨烯的制備及其復合電極材料儲鋰性能研究[D];西北大學;2011年

2 呂翔;石墨烯的制備及高分子改性[D];武漢理工大學;2011年

3 杜欣;可流動石墨烯的制備及其特性研究[D];武漢理工大學;2011年

4 謝聲意;還原石墨烯氧化物的第一性原理研究[D];吉林大學;2011年

5 鄒燕;功能化石墨烯氣敏特性的理論研究[D];曲阜師范大學;2011年

6 郭曉曉;單層石墨烯超晶格中的輸運特性和散粒噪聲[D];河北師范大學;2011年

7 韓超群;石墨烯在不平整表面上吸附的分子動力學研究[D];華東師范大學;2011年

8 周靜;氧化石墨烯和石墨烯的制備、表征與應用[D];南京大學;2011年

9 王寬;石墨烯的室溫簡易制備及其電容性能研究[D];陜西師范大學;2011年

10 廖旭;石墨烯摩擦性質研究[D];電子科技大學;2011年

本文編號：2839328

boshi