摘要
许多研究表明，氧化石墨烯的金属纳米颗粒复合材料由于具有独特的结构、优异的性能、以及制备过程简单易操作等优点，已成为电化学领域中具有应用前景的一种有趣材料。其中，GO纳米片的独特性能为其作为氧化石墨烯纳米颗粒复合材料的支持材料奠定了基础。同时，GO的高比表面积对维持纳米颗粒的电化学活性以及纳米颗粒的分散至关重要。GO作为支持材料，不仅为电子的传递最大限度的提供纳米尺寸的表面积，而且还为电极表面的电活性位点输送更多的反应物。此外，导电的GO还可以支持并促进电极表面电子的有效收集和转移。在电化学应用中，以GO为基础的纳米颗粒复合材料修饰的电极比普通的GO材料修饰电极更具有优越性，比如：卓越的催化活性，增强质量运输，高效的表面积、可以控制电极微环境等。氧化石墨烯纳米颗粒复合材料在许多反应中起到协同作用，且该结构具有独特的物理化学性质，这些性质在应用于传感器时具有很大的优势。值得注意的是，这些氧化石墨烯纳米颗粒复合材料的结构特别，不仅表现出纳米颗粒和氧化石墨烯自身的特性，还能表现出它们单独应用时所不具有的协同作用。因此可以将该复合材料应用于各种传感机制中，以提高化学传感器的灵敏度和选择性。此外，通过在氧化石墨烯的纳米复合材料中引入不同的分子，改变该复合材料的性质，可用于不同目标物的检测。基于此，本论文开展了以下两个具体研究工作： （1）利用一锅合成法，在碱性环境中不添加任何表面活性剂、还原剂和稳定剂，通过加热GO、Hemin、HAuCl4的混合溶液，合成了还原氧化石墨烯/Hemin/金纳米颗粒（rGO-H-AuNPs）纳米复合材料。该复合材料具有催化H2O2的作用，在此复合材料中，GO被还原成了rGO。rGO作为支持材料，首先克服了Hemin不易溶于水的缺点，其次抑制了AuNPs的聚集。由于单链DNA的碱基可以与rGO通过π-π作用，作用在一起，抑制rGO-H-AuNPs纳米复合材料的催化活性，而当有目标物存在时，该单链DNA与目标物结合，从而从rGO-H-AuNPs纳米复合材料表面脱离，使得rGO-H-AuNPs纳米复合材料的催化活性恢复。通过更换单链DNA，可以检测不同的目标物。当检测特定DNA链时，将与rGO-H-AuNPs纳米复合材料结合的DNA换成此DNA链的互补链；当检测蛋白质或者细胞时，将与rGO-H-AuNPs纳米复合材料结合的DNA链换成蛋白质或者细胞的适配体链即可。基于此，构建了一种基于rGO-H-AuNPs纳米复合材料的电化学传感器，用于电化学检测不同的目标物。 （2）设计了一种基于氧化石墨烯/金纳米颗粒/四苯基卟啉（GO/AuNPs/TPP）纳米复合材料的新型电化学传感器用于检测镉离子（Cd2+）。该传感的原理是基于金属阳离子与卟啉之间的配位作用。其中，GO用来加速Cd2+和四苯基卟啉的配位作用，AuNPs用于提高电化学检测的灵敏度。因此，所构建的电化学传感器对Cd2+的选择性高于其他的金属离子（如Ca2+、Fe3+、Mg2+等）。此外，该传感器还可以进一步应用于实际水样中Cd2+的测定，检测结果令人满意。
NETL