基于石墨烯衍生物的纳米感测材料的制备

摘要

石墨烯(graphene)是单层碳原子进行sp2杂化形成的蜂窝网状碳材料，具有理想二维结构。单层石墨烯本身具有高达95％以上的光学通过率，具有非常大的比表面积，有利于其吸附其他分子。单层石墨烯具有优异的导热性与力学性能，这些优良特性使得石墨烯在纳米复合材料中具有诸多应用前景。
　　表面增强拉曼散射(SERS)是检测痕量物质的有效方法，它可以使吸附分子的拉曼强度由于化学增强和电磁增强两种增强机理得到几个数量级的增强。Ag、 Au等贵金属由于具有较强SERS活性而在SERS基底材料中应用广泛。本文选择改良Hummers法制备氧化石墨(graphiteoxide)，即在不添加硝酸钠以及不经历高温阶段条件下制备氧化石墨，利用超声震荡法获得均匀分散的氧化石墨烯（graphene oxide，GO），进一步采用不同还原剂制备石墨烯。利用一步绿色化学还原法制备银/石墨烯(Ag/RGO)纳米复合材料以及金/氧化石墨烯(Au/GO)纳米复合材料，将4-硝基苯硫酚(4-NBT)、对氨基苯硫酚(PATP)作为探针分子研究Ag/RGO纳米复合材料的SERS活性，并将其作为SERS基底实现了三硝基甲苯(TNT)的检测，利用Au/GO纳米复合材料实现了结晶紫(CV)的检测，主要工作内容如下:
　　首先选择改良Hummers法制备氧化石墨，以水合肼与柠檬酸钠两种还原剂，采用一步还原法制备石墨烯。研究结果表明，水合肼体系中的氨水有助于石墨烯的分散;柠檬酸钠可作为一种价格低廉、绿色环保的制备石墨烯的有效还原剂。
　　以柠檬酸钠为还原剂制备了Ag/RGO纳米复合材料，研究了不同反应温度对复合材料形貌以及SERS活性的影响。研究结果表明，随温度升高，复合材料中Ag纳米粒子的粒径增大，反应温度为120℃时，复合材料SERS活性最好。以4-硝基苯硫酚(4-NBT)与对氨基苯硫酚(PATP)为探针分子研究了复合材料的SERS活性。研究结果表明，制备的Ag/RGO纳米复合材料对10-6M的4-NBT以及10-7M的PATP具有良好的SERS活性。利用PATP修饰的Ag/RGO纳米复合材料成功实现10-5M的三硝基甲苯的痕量检测。
　　采用柠檬酸钠还原HAuCl4制备Au/GO纳米复合材料，利用TEM、UV、Raman等多种表征手段证明Au/GO纳米复合材料的成功合成。利用结晶紫(crystal violet，CV)分子作为探针分子考察Au/GO纳米复合材料的SERS活性，发现Au/GO可检测浓度为10-4M的CV。实验发现，Au纳米粒子形状多样会影响Au/GO复合材料SERS活性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 石墨烯简介

1．1．2 氧化石墨烯简介

1．1．3 石墨烯制备

1．2 石墨烯基复合材料

1．2．1 石墨烯复合材料

1．2．2 石墨烯基复合材料应用

1．3 表面增强拉曼散射光谱

1．3．1 表面增强拉曼散射光谱简介

1．3．2 表面增强拉曼散射光谱增强机理

1．3．3 石墨烯基复合材料作为SERS基底的研究

1．4 论文研究的主要内容

第二章 石墨烯的制备

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验部分

2．3．1 GO的制备

2．3．2 石墨烯的制备

2．3．3 表征手段

2．4 结果与讨论

2．4．1 TEM分析

2．4．2 分散性分析

2．4．3 UV分析

2．4．4 XPS分析

2．4．5 Raman分析

2．5 小结

第三章 石墨烯和银纳米复合材料的合成与应用

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．2．2 实验仪器

3．3 实验部分

3．3．3 SERS样品的制备

3．3．4 表征手段

3．4 结果与讨论

3．4．1 TEM分析

3．4．2 XRD分析

3．4．3 XPS分析

3．4．4 Raman分析

3．4．5 SERS分析

3．4．6 TNT检测

3．5 小结

第四章 氧化石墨烯和金纳米复合材料的合成与应用

4．1 引言

4．2 实验试剂与仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 实验部分

4．3．4 表征手段

4．4 结果与讨论

4．4．1 TEM分析

4．4．2 UV分析

4．4．3 Raman分析

4．4．4 SERS分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介