近年来,低维碳纳米材料(如一维碳纳米管和二维石墨烯),由于具有独特的结构与物理化学性质,如较大的比表面积、良好的导电导热性能等,在过去的几年甚至几十年里,已经成为并一直是材料及其相关学科研究的热点。它们除了在储能、超级电容器等领域得到广泛应用外,在新一代传感器的研发中也越来越成为不可或缺的骨架材料。将低维的碳材料与其他功能材料复合,充分利用复合物中各组分的优异特性及协同作用,开发出具有高灵敏度、高选择性、快速响应、操作简单、低检测限的电化学传感器,并投入到实际中进行运用,是科研工作者不断为之奋斗的目标。本工作以石墨烯及衍生物、碳纳米管等低维碳纳米材料为基质,采用多种方法设计和制备了多种纳米复合材料,利用其特殊的电化学和物理性质,构建电化学传感平台,并成功运用于环境污染物、生物小分子、药物分子、含能材料、葡萄糖等物质的电化学检测。具体工作主要包括以下6个部分。(1)聚咔唑/氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极检测对硝基酚通过电化学聚合的方法,在氮掺杂石墨烯修饰的玻碳电极表面制备聚咔唑膜,构建新型电化学传感器,用于检测对硝基酚。研究了对硝基酚在聚咔唑/氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为,并与裸玻碳电极、还原石墨烯修饰电极、氮掺杂石墨烯修饰电极及聚咔唑修饰电极进行了比较。结果表明,所有的修饰电极都能增强对硝基酚的还原峰电流。聚咔唑/氮掺杂石墨烯修饰电极对对硝基酚的还原表现出最高的还原峰电流和最正的还原电位,说明了该复合物对对硝基酚的还原具有良好的电催化活性。最佳工艺条件下,对硝基酚还原峰电流与其浓度在8.0×10-7-2×10-5M范围内呈现良好的线性关系,检测限为0.062 μM。该传感器可以运用于实际水样中对硝基酚的检测。(2)聚赖氨酸/氧化石墨烯修饰电极同步检测多巴胺和尿酸在氧化石墨烯修饰的玻碳电极上,采用循环伏安法实现了赖氨酸的聚合,并以复合物聚赖氨酸/氧化石墨烯构建同时检测多巴胺和尿酸的电化学传感器(PLL/GO/GCE),通过差分脉冲伏安法研究了尿酸和多巴胺的电化学行为。与其他电极相比,PLL/GO/GCE能增加多巴胺与尿酸氧化峰的电位差,明显增强尿酸和多巴胺的氧化峰电流。该电极同时检测多巴胺和尿酸时,检测限分别为0.021和0.074 μM(3S/N);而选择性检测多巴胺和尿酸时,检测限分别为0.031和0.018 μM(3S/N)。所制备的电极运用于人血清、尿液和多巴胺注射液等实样的测定,取得了满意的结果。(3)基于原位聚合赖氨酸氧化石墨烯对对乙酰氨基酚和多巴胺的同步检测采用原位聚合法制备聚赖氨酸-氧化石墨烯复合物,并以循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了对乙酰氨基酚和多巴胺在聚赖氨酸-氧化石墨烯修饰电极上的电化学行为。最佳工艺条件下,多巴胺在1.0-10.0和10.0-40.0 μM范围内,对乙酰氨基酚在2.0-40.0 μM范围内,氧化峰电流与浓度呈线性关系。通过计算,多巴胺和对乙酰氨基酚的检测限分别为0.21μ 和0.11μM(3S/N)。该修饰电极能运用于药物中有效含量的检测。(4)基于多孔碳化氮/多壁碳纳米管的含能材料NTO的电化学检测制备了 3种不同形貌的碳化氮(体相碳化氮,片层碳化氮和多孔碳化氮m-CN),并以TEM、SEM、XPS、FT-IR、BET等手段对3种碳化氮进行了表征。以m-CN和多壁碳纳米管复合物修饰玻碳电极,检测含能材料3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)。结果表明:相对于其他2种碳化氮,多孔碳化氮具有更大的比表面积,催化作用更为明显;复合物修饰电极对NTO的还原具有更明显的催化作用,主要归结于二者各自的催化作用及协同作用。在0.8-150 μM范围内,NTO的还原峰电流与浓度呈很好的线性关系,检测限为0.017 μM(3S/N)。其他含能材料并不干扰NTO的测定,因而具有较好的选择性。(5)富含石墨氮的氮掺杂石墨烯的制备及其电化学检测对乙酰氨基酚以氧化石墨烯为原料,2-氨基吡啶作为掺杂剂,通过水热合成,得到富含石墨氮的氮掺杂石墨烯。从高分辨N1s光谱可以看出,氮主要以吡啶态的N、吡咯态的N和石墨态的N三种方式存在。在对乙酰氨基酚的电化学氧化还原过程中,所合成的富含石墨态氮的石墨烯比不含石墨态氮的氮掺杂石墨烯具有更高的电催化活性,表明石墨态的N是重要的活性位点。以富含石墨氮的氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极检测对乙酰氨基酚,其检测限为 0.38 μM(3S/N)。(6)基于镍和氮掺杂石墨烯的葡萄糖无酶检测以恒电位法制备了镍修饰电极和镍/氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极,并以循环伏安法制备了氢氧化镍/氮掺杂石墨烯修饰电极。研究了葡萄糖在不同修饰电极上的动力学过程和电催化反应机理。研究表明,相比于镍修饰电极和镍/氮掺杂石墨烯修饰电极,在0.1 M氢氧化钠中,氢氧化镍/氮掺杂石墨烯修饰电极对葡萄糖的氧化具有最高的催化活性。