二维纳米材料（2D nanomaterials）是单层片状晶型结构的纳米材料,其水平尺寸往往超过100纳米,有的达到微米级别以上甚至更大,但是厚度却只有几纳米。自从英国物理学家Geim等人于2004年采用微机械剥离法制备了石墨烯以来,以石墨烯为代表的二维纳米材料引起了科学家们极大的兴趣。二维纳米材料根据晶型结构不同大致可以分为4类:1)具有单原子六角蜂巢晶格结构的石墨烯以及石墨烯类似物,如氧化石墨烯、六方氮化硼等;2)具有三原子三明治晶型结构的过渡金属氧化物,如MoS₂、Mg S、WS₂等;3)具有八面体晶型结构的层状双氢氧化物,如水滑石;4)具有除以上三种晶型结构以外的其他晶型结构的二维纳米材料,如黑磷、金属有机框架材料、二维过渡金属碳化物或碳氮化物等。二维纳米材料具有比表面积大、活性位点多等优点,目前在分析领域,基于二维纳米材料的电化学、化学发光、荧光等多种传感器已被成功构建。化学发光（Chemiluminescence,CL）是指化学反应过程中产生激发态中间体,其回到基态时释放能量,产生发光的现象。化学发光分析法是根据光信号强度测定待测物含量的分析方法,具有灵敏度高、仪器设备简单、背景低等优点。鲁米诺、光泽精类、吖啶酯类、联钌吡啶类化学发光体系是常见的化学发光分析体系。其中,以鲁米诺化学发光体系的应用最为广泛。但是鲁米诺化学发光体系存在发光信号弱,灵敏度低的问题。因此,鲁米诺化学发光体系需采用催化剂加快反应速度,提高信号强度。常用的催化剂有金属离子、过氧化物酶等。但是,金属离子催化的鲁米诺发光体系存在分析检测专属性差的问题,过氧化物酶作为催化剂又存在不稳定和重现性差等问题。2005年,崔华课题组首次发现金纳米微粒对鲁米诺体系的催化作用。此后,越来越多的纳米微粒被报道具有化学发光催化活性。这些纳米材料包括:零维纳米材料如金纳米粒子、碳点等,一维纳米材料如碳纳米管、纳米丝等,二维纳米材料如GO等。二硫化钼（Molybdenum disulfide,MoS₂）属于过渡金属硫化物的一种,相较于无带隙的石墨烯,固体MoS₂具有1.2 e V的带宽,并且这个数值会随着MoS₂层数的减少而逐渐增大。因此,MoS₂比石墨烯表现出更好的电学性能,被普遍应用于电化学和光催化领域。除此之外,二维纳米材料MoS₂还常被作为支持材料与其他纳米材料、金属离子、生物酶等复合成为复合材料。2014年,Guo课题组报道了MoS₂的拟过氧化物酶活性,并实现了基于MoS₂的葡萄糖可视化检测。但是,MoS₂作为催化剂应用于化学发光领域尚未见报道。因此,本论文主要研究了MoS₂对鲁米诺化学发光体系的催化活性,并将其应用于过氧化氢和汞离子的检测。首先,论文研究了MoS₂对鲁米诺体系的催化活性。我们发现MoS₂对鲁米诺-过氧化氢、鲁米诺-高锰酸钾和鲁米诺-铁氰化钾化学发光体系均有催化作用。我们对三种化学发光体系的实验条件分别进行了优化。在优化的实验条件下,MoS₂对此三种体系化学发光信号的增强倍数分别为200倍、2倍和12倍。因此,我们选择鲁米诺-过氧化氢体系为研究对象进行了后续研究。之后,我们测定了MoS₂催化鲁米诺-过氧化氢反应产生的化学发光光谱。结果显示,此体系的最大发射波长位于425 nm,表明该体系的发光体仍然是激发态的3-氨基邻苯二甲酸（3-aminophthalate,3-APA*）。3-APA*是鲁米诺被氧化产生化学发光的激发态中间体,此过程常有含氧自由基的参与。因此,我们采用自由基淬灭实验研究了参与鲁米诺-过氧化氢-MoS₂化学发光反应的含氧自由基种类。抗坏血酸（Ascorbic acid,AA）是一种广谱的自由基淬灭剂,可清除多种含氧自由基。我们向反应体系中加入0.03 mg m L^-1 AA时,99%的化学发光信号被淬灭。表明含氧自由基参与了此化学发光反应。甲醇和甘露醇为羟基自由基（·OH）清除剂,当我们分别在反应溶液中加入5%甲醇和10%甘露醇时,约80%的化学发光信号被抑制,表明·OH参与了此化学发光反应。氯化硝基四氮唑蓝（Phenyltetrazolium chloride hydrate,NBT）为超氧阴离子自由基(O₂^·-)清除剂。当溶液中分别加入5 m M和10 m M NBT时,约56%和81%的CL信号被抑制,表明O₂^·-也参与了此化学发光反应。O₂^·-可能来自于体系中的溶解氧,因为当向溶液中吹扫N₂ 30分钟去除溶解氧后,约55%的化学发光信号被淬灭。组氨酸是单线态氧（¹O₂）清除剂。当向反应溶液中加入5 m M组氨酸时,化学发光信号被淬灭了89%。基于以上实验,我们推测单层MoS₂催化鲁米诺-过氧化氢化学发光反应的可能机理为:单层MoS₂可加速H₂O₂的O-O化学键断裂形成·OH。在碱性溶液中,鲁米诺和过氧化氢通常以鲁米诺阴离子（LH^-）和过氧化氢阴离子（HO₂^-）的形式存在。形成的·OH将分别与这两种阴离子反应形成鲁米诺自由基和O₂^·-。鲁米诺自由基可进一步与反应溶液中所含的溶解氧反应形成O₂^·-。产生的O₂^·-能与·OH反应形成¹O₂。综上,鲁米诺氧化过程中有这三种含氧自由基(·OH、O₂^·-、¹O₂)的参与。鲁米诺被氧化形成3-APA*。3-APA*回到基态时释放能量,发射波长为425 nm的蓝光。单层MoS₂的化学发光催化活性具有过氧化氢依赖性。因此,基于单层MoS₂催化的鲁米诺反应,我们建立了化学发光法测定过氧化氢浓度。之后,我们优化了过氧化氢浓度测定的实验条件。选定的实验条件:鲁米诺浓度为0.05 m M,MoS₂浓度为0.05mg m L^-1,氢氧化钠浓度为0.01 M。在优化的实验条件下,化学发光强度随过氧化氢浓度增加而增强,测定过氧化氢的线性范围在0.005-1 m M,线性回归方程为I=24.762C+0.2753,R²为0.9985,检测限为0.619μM。为考察所建立方法的重现性,我们对0.005 m M、0.1 m M和1 m M过氧化氢分别重复测定了8次,相对标准偏差分别为1.74%,3.29%和9.77%,表明该方法具有良好的重现性。为考察所建立方法对过氧化氢测定的专属性,我们考察了多种金属离子如Ba²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺和Ca²⁺,阴离子如CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、HSO₃^-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、Cl^-、NO₃^-和柠檬酸根对过氧化氢测定的影响。结果表明,该体系对Ba²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ni⁺等金属离子的耐受浓度为1μM;对CO₃^2-、HCO₃^-、SO₄^2-、HSO₃^-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、Cl^-、NO₃^-和柠檬酸根等阴离子的耐受浓度为1 m M。汞离子(Hg²⁺)是一种有毒的重金属离子,大量的汞摄入会对神经系统、呼吸系统以及消化系统产生严重的危害。在工业、生活中产生的废弃Hg²⁺溶液如果达到一定的限度,将对环境和人体产生严重危害。目前,常用的Hg²⁺检测方法包括有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、冷蒸汽发生原子荧光光谱法等。这些方法都能实现Hg²⁺的准确测定,但由于样品处理过程复杂和仪器设备昂贵等缺点,限制了其在一些偏远地区的应用。因此,发展一些简单、方便的Hg²⁺检测方法是有必要的。MoS₂是由硫原子和钼原子组成的三明治晶型结构的单层二维纳米材料,其上下两层均为硫原子,钼原子被夹在两层硫原子之间。因此,MoS₂表面硫活性位点易与溶液中的Hg²⁺结合形成汞-硫键。在实验中,我们发现MoS₂对鲁米诺-过氧化氢反应具有良好的催化活性,但MoS₂与Hg²⁺孵育后催化活性将大幅降低,导致鲁米诺-过氧化氢反应的化学发光信号降低。基于化学发光信号的淬灭程度,我们可实现对溶液中Hg²⁺的定量测定。我们首先研究了Hg²⁺诱导MoS₂化学发光催化活性降低的机理。在预实验中,我们发现MoS₂与Hg²⁺孵育后将导致MoS₂的化学发光催化活性大幅降低。我们推测MoS₂的化学发光催化活性降低可能和MoS₂表面S元素与Hg²⁺结合有关。为验证此猜想,我们进行了如下实验。半胱氨酸（Cysteine,Cys）为含巯基的氨基酸,也具有与Hg²⁺结合的能力,其与Hg²⁺的结合比例为2:1。我们将20μM Cys和10μM Hg²⁺提前孵育20 min再加入鲁米诺-过氧化氢-MoS₂体系中,仅有18%的化学发光信号被抑制。对照实验中,我们直接将10μM Hg²⁺加入鲁米诺-过氧化氢-MoS₂体系中,71%的化学发光信号被抑制。该结果表明Hg²⁺淬灭鲁米诺-过氧化氢-MoS₂体系的化学发光信号和Hg²⁺与MoS₂表面的S元素结合有关。除此之外,为考察在MoS₂表面上结合的Hg²⁺量,我们利用课题组之前建立的比色法测定了Hg²⁺与MoS₂孵育前后溶液中Hg²⁺的浓度变化。该方法的检测原理:Hg²⁺可催化HAu Cl₄-NH₂OH氧化还原,加速溶液中金纳米微粒的形成,使溶液从无色变色红色。实验结果表明,约54%的Hg²⁺被吸附于MoS₂表面。以上两个实验表明,Hg²⁺可结合于MoS₂表面。我们推测MoS₂表面S原子被Hg²⁺占用可能影响其化学发光催化活性,导致化学发光信号降低。之后,我们对该体系的实验条件进行了优化。选定的实验条件为:MoS₂浓度为10μg m L^-1,Hg²⁺与MoS₂的孵育时间为20分钟。在优化的实验条件下,当Hg²⁺浓度在0.001-40μM的范围内时,化学发光信号强度随Hg²⁺浓度增加而降低。汞离子浓度与淬灭效率（Q）呈现良好的线性关系,线性方程为Q=0.223Lg C+0.5241,相关系数为0.997,检测限为1 n M。对10μM Hg²⁺重复测定7次,相对标准偏差为3.71%。专属性实验结果显示,对Ca²⁺、Zn²⁺的耐受浓度为2 m M;对K⁺、Na⁺的耐受浓度为0.5 m M;对Ba²⁺、Al³⁺、Mg²⁺的耐受浓度为10μM;对Ni²⁺和Fe³⁺的耐受浓度为1μM;对Cd²⁺的耐受浓度为0.1μM;对Cu²⁺的耐受浓度为0.01μM。为验证方法的准确性,我们采用标准加入法测定了自来水中Hg²⁺的浓度。5、15和30μM Hg²⁺被分别加入自来水中进行测定,计算得到其回收率为分别为113.3%、100.0%、116.0%,表明该方法具有良好的准确性。GO是具有拟过氧化物酶活性的一种二维纳米材料,能催化鲁米诺-过氧化氢反应产生化学发光。课题组曾尝试将GO作为化学发光免疫分析的标记物,但发现GO与抗体偶联后其催化活性大大降低。为了解决此问题,课题组之前曾尝试将纳米尺寸的GO（Nano-sized GO,N-GO）包载于脂质体的内水腔中,将生物识别分子偶联于脂质体表面,构建化学发光免疫分析方法。在免疫反应后,利用曲拉通X-100破膜释放N-GO,释放的N-GO高效催化鲁米诺-过氧化氢反应产生化学发光,实现目标物的高灵敏度检测。但是,课题进行过程中我们发现曲拉通X-100破膜并不能将N-GO完全释放,导致其催化活性并未完全恢复。针对此问题,在第四章中,我们制备了GO和脂质体的复合物（GO@liposome）,并采用荧光法测定得到GO与脂质体的最大吸附比为25:1。GO与脂质体复合后,其化学发光催化活性会被抑制。但加入曲拉通X-100使脂质体破膜后,GO的催化活性能得到恢复。所制备的GO@liposome复合物为解决N-GO包封于脂质体中无法释放的问题提供了有效的解决途径。