电化学-单壁碳纳米管场效应管传感器对痕量多氯联苯的快速检测研究

持久性有机污染物(POPs)是目前面临的环境安全重大问题之一，多氯联苯（PCBs）是其中主要的一大类。由于PCBs具有很强的稳定性，在常规电解液体系中不易发生电化学还原脱氯反应，同时，还难以直接与场效应管沟道材料之间发生电荷转移，制约了直接采用电化学或电学方法实现对痕量PCBs的快速检测。本项目将构筑电化学-单壁碳纳米管场效应管传感器件，通过对宽电化学电位窗口离子液体中PCBs的电化学还原脱氯过程及单壁碳纳米管场效应管对其还原脱氯产物的电学响应信号的研究，揭示PCBs在离子液体中扩散动力学与电化学过程的竞争反应对PCBs电化学信号的影响规律，阐明PCBs还原脱氯产物与场效应管沟道纳米材料之间的作用机制，建立电化学信号和场效应管电学信号之间的耦合关系，实现对痕量PCBs的快速检测。预期研究成果为痕量PCBs快速检测提供新思路和理论依据，在POPs检测和治理方面具有重要的科学意义和应用前景。

本项目主要发展了多种基于“主客体识别”与“电荷传递抑制”策略的分析痕量含氯有机污染物的电化学或电学方法,此外，还构筑了用于检测环境污染物的多种纳米材料修饰电化学电极界面。代表性研究结果包括：.（1）离子液体-碳纳米管复合物电化学体系对有机污染物的阻抗法分析。研究了不同处理多壁碳纳米管与有机污染物之间的相互作用对电化学阻抗信号响应，结果表明酸化处理后的多壁碳管与离子液体的复合物检测四氯苯的灵敏度是未处理多壁碳管的2倍，检测限更低，达到0.05 μM。.（2）环糊精修饰不同尺度金丝电极对水中PCB-77的阻抗法分析。基于环糊精与客体有机物分子之间的尺寸匹配效应，构筑了巯基-β-环糊精修饰的电化学电极界面，实现对溶液中的PCB-77的高效捕获。采用交流阻抗法使用纳电极和微电极对PCB-77进行定量检测可以得到比常规电极更高的灵敏度和检测限：微电极检测范围2~32 pM，灵敏度为6.92 kΩ/log pM，检测范围0.249 pM；纳电极检测范围在2~16 fM，灵敏度为14.2 kΩ/log fM，检测限为0.209 fM。.（3）基于纳米间隙电极的PCBs电学分析方法。制作了金纳米颗粒调控的纳米间隙电极多氯联苯传感器，其中利用环糊精分子空腔对于多氯联苯的捕获作用。该器件检测灵敏度高，五种常见的PCBs的检测浓度低至1 nM，并对所测有机分子的介电性能和分子体积有较高选择性。.（4）金/石墨烯纳米复合材料修饰电化学电极检测TNT。采用绿色、简单的紫外辐照的方式制备了金/石墨烯纳米复合材料。负载金纳米颗粒后能够增加氧化石墨烯的导电性及电化学活性面积，金/石墨烯纳米复合材料修饰电极对TNT具有良好的电化学响应，在电化学传感器应用方面存在很大的潜力。.（5)构筑了多个纳米材料修饰电化学电极界面对重金属离子的检测。其中包括聚吡咯/还原石墨烯复合材料修饰电极镀汞膜检测Pb（II）、氧化锡管中管结构纳米材料修饰电极检测重金属离子等。.本项目的研究成果为环境污染物，特别是痕量PCBs 快速检测提供新思路和理论依据，在环境安全保障方面具有重要的借鉴作用。本项目执行过程中，在AC, Small, EC等杂志上累计发表论文12篇，协助培养硕士研究生2名。