BiPO4/石墨烯基功能纳米复合物的制备及其农药光电传感研究

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本论文制备了BiPO4/还原氧化石墨烯(BiPO4/rGO)和BiPO4/石墨烯量子点(BiPO4/GQDs)两种具有良好光电化学性能的功能纳米复合物,并以所制备的这两种石墨烯基纳米复合物为传感界面,分别构建了灵敏检测农药毒死蜱和对苯二酚的光电化学传感平台;此外,基于所制备的血晶素/还原氧化石墨烯纳米复合物(hemin/rGONCs)良好的类过氧化物酶活性,耦合适配体的特异性识别策略,建立了简单、灵敏的啶虫脒比色传感新方法。具体研究内容如下:  1、以所制得的氧化石墨烯(GO)为前驱体,乙二醇为溶剂,采用简单的一步溶剂热法,首先制备了一系列不同rGO含量的BiPO4/rGO功能纳米复合物,并利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等多种表征手段对其进行了表征。光电化学性能研究表明: rGO的引入能有效增强BiPO4的光电响应信号,且rGO的含量影响其光电化学性能,其中GO与Bi(NO3)3的投料质量比为0.023时,所制得的BiPO4/rGO的光电响应信号最强(记作BiPO4/rGO0.023)。以BiPO4/rGO0.023为电极的传感界面,基于毒死蜱抑制光电流原理,构建了可用于灵敏检测农药毒死蜱的光电化学传感平台。在电压为0V条件下,光电化学响应信号与毒死蜱浓度的对数之间呈现良好的线性关系,线性范围为0.05~80 ng mL-1,检出限为0.02 ng mL-1(S/N=3)。该光电化学传感器具有良好的稳定性和选择性,可应用于废水中毒死蜱的检测分析。  2、以柠檬酸为起始原料,利用高温熔融法制备了石墨烯量子点(GQDs);进一步以GQDs为前驱体,通过水热法制得了BiPO4/GQDs功能纳米复合物,并利用荧光光谱、紫外-可见光谱(UV-vis)、TEM、XRD和能量色散谱(EDS)等手段表征了制备的材料。光电化学性能研究表明:GQDs的引入能有效增强BiPO4的光电响应信号,且GQDs的含量影响其光电化学性能,其中GQDs与Bi(NO3)3的投料质量比为0.08时,所制得的BiPO4/GQDs的光电响应信号最强(记作BiPO4/GQDS0.08)。基于BiPO4/GQDs0.08良好的光电化学性能,以其为传感界面构建了灵敏检测对苯二酚的光电化学传感平台。在10nM~3μM范围内,光电化学响应信号与对苯二酚浓度之间呈现良好的线性关系,检出限低至3nM(S/N=3)。该光电化学传感器具有良好的重现性和选择性,可应用于废水中对苯二酚的检测。  3、以GO为载体,利用hemin与rGO之间的π-π相互作用制备了hemin/rGO NCs,并利用EDS、扫描电子显微镜(SEM)、Raman、UV-vis、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安谱(CV)等多种手段对其进行了表征。研究表明,hemin/rGO NCs具有良好的类过氧化物酶活性,并考察了pH、温度、3,3,5,5-四甲基联苯胺浓度等重要参数对其催化活性的影响。基于hemin/rGO NCs良好的类过氧化物酶活性,利用适配体能够有效增强其抵御盐析作用的特性,建立了可用于农药啶虫脒灵敏检测的比色传感平台。在优化条件下,离心上清液催化反应后的吸光度与啶虫脒浓度的对数在100 nM~10μM的范围内呈现良好的线性关系,检出限为40 nM(S/N=3)。该比色传感检测平台具有良好的稳定性和选择性,可应用于废水实际样中啶虫脒的分析检测。
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