多功能多肽纳米纤维生物模拟合成石墨烯/金属纳米线复合材料及电化学行为研究

In this project, we plan to greenly synthesize graphene/peptide nanofiber (G/PNF) nanohybrids by using the specific recognition between biomolecules and material interfaces, then to create graphene/metallic nanowire (G/MNW) composites by the biomimetic synthesis, and finally develop highly performanced electrochemical catalysts for small organic molecules and highly sensitive electrochemical biosensors based on the created G/MNW composites. Firstly, we expect to achieve the rules about the preparation of PNFs with controllable length and diameter by adjusting the peptide sequences, pH value, ionic strength, reaction temperature, and incubation periods, and further to understand the conformation transition of molecules, the self-assembly process and the formation mechanism of PNFs. Secondly, we want to prepare highly water-soluble and separated G/PNF nanohybrids by using the specific recognition between peptide and graphene, and then fabricate G/MNW composites by biomimetic metallization based on the prepared G/PNF nanohybrids. Finally, we plan to investigate the effects of the constitute and morphology of MNWs, the coverage of MNWs on graphene, and other potential factors on the electrochemical behavior of G/MNW composites, and to understand the relations between the structural features of G/MNW composites and their electrochemical behavior and performances. Based on these results, it is expected to fabricate an electrochemical sensing platform for the detection of H2O2 and glucose with low detection limit, wide linear range, and high sensitivity. The success of this project will have great scientific and practical meanings on the synthesis of new materials and even the electrochemical theories in the further.

本课题拟利用生物分子-材料界面识别作用绿色合成石墨烯/多肽纳米纤维材料，进而生物模拟合成石墨烯/金属纳米线复合材料，以发展基于这种材料的高性能有机小分子电化学氧化催化剂及高灵敏度的电化学传感器。通过考察多肽分子的序列与浓度、pH值、离子强度、反应温度及时间等因素，获得制备形貌可控的多肽纳米纤维的规律，探索多肽分子的构象转变、自组装过程以及多肽纳米纤维的形成机理。利用多肽分子与石墨烯之间的特异性识别，制备高水溶性、单分散的石墨烯/多肽纳米纤维材料，并以其为基础生物模拟合成石墨烯/金属纳米线复合材料。研究纳米线组成、形貌、在石墨烯上的覆盖率等因素对其电化学行为的影响，揭示材料的结构特点对其电化学性能的调控规律。在此基础上，构建低检测限、宽检测范围、高灵敏度的电化学传感体系。项目成果对新材料合成以及电化学理论研究具有重要的科学意义。

本项目利用生物分子-材料界面的特殊识别作用绿色合成了石墨烯-多肽纳米纤维杂化物，进而生物模拟合成了石墨烯-金属纳米粒子复合物，获得了基于这种复合物的高性能有机小分子电化学氧化催化剂及高灵敏度的电化学生物传感器。我们探索了多肽分子的序列与浓度、pH值、反应温度及反应时间等因素对多肽修饰石墨烯表面的影响规律，研究了石墨烯基纳米复合物的组成、形貌等因素对其电化学的影响。基于这些结果，我们构建了低检测限、宽检测范围、高灵敏度的电化学传感体系。研究内容分为以下几个方面：.1.利用能与石墨烯特异性识别的多肽分子诱导合成了还原氧化石墨烯-铂纳米粒子复合物。复合物对H2O2显示出较高的电化学催化活性，可构建基于这种材料的非酶电化学H2O2传感器。.2.利用一种富含苯基丙氨酸的多肽分子(FEFEFKFK)2，作为连接氧化石墨烯与仿生合成银纳米粒子的双功能分子，制备功能化的氧化石墨烯-银纳米粒子复合物。基于这种复合物构建的电化学H2O2传感器具有较好的检测性能。.3.我们综述了石墨烯-多肽纳米复合物的合成和生物传感器应用的最新进展。介绍了石墨烯-多肽纳米复合物（单体、纳米纤维和纳米管）的合成技术，以及基于石墨烯-多肽纳米复合物构建的生物传感器在电化学、荧光和光谱传感等方面的应用。.4.我们综述了基于石墨烯的适配体传感器在设计、构建和生物医学传感应用方面的最新进展。详细介绍和讨论了这种适配体传感器在生物医学、荧光、比色法、电化学、光电化学、电子学、蛋白质、酶、小分子、离子等方面的典型研究。.5.我们从内部相互作用（氢键、静电作用、疏水作用、π-π堆积等）和外部刺激（pH、温度、离子强度等）两个方面介绍通过控制生物分子自组装来合成生物纳米材料的最新进展。.6.利用一种简单而新颖的气-液界面组装的方法合成了具有复合功能的Ag-Cu2O纳米复合膜。获得的复合膜具有较强的SERS活性和对H2O2较高的电催化活性。..