基于水中重金属离子多重痕量探测的DNA功能化的石墨烯-贵金属纳米异质结的SERS光学机制研究

水体中重金属污染的探测方法和技术是目前国内外普遍关注的研究课题，开展对水中重金属离子的快速、准确及痕量探测是水污染治理和预防的重要保证。表面增强拉曼光谱（SERS）技术具有简单易行与高灵敏性等优点，在环境污染物的检测上有着十分广阔的应用前景，而制备高度活性的SERS基底是应用和发展这一技术的关键。本项目以重金属离子的快速、准确及多重痕量探测为目标，将纳米合成、纳米制造和光谱分析相结合，以石墨烯为模板，采用种子调节合成法，原创性地提出基于原位生长的石墨烯-贵金属纳米异质结的SERS活性基底的研制。借助这一具备特殊光学性质的新型纳米异质结，进行特定DNA的功能化，有望实现对水中多种重金属离子高灵敏度、高选择性地识别及多重痕量的SERS光学探测。本项目的预期成果将会为发展一类新型的化学光学纳米传感器件，用于重金属离子的检测提供技术基础，也为SERS技术的发展和推广提供技术储备。

本项目是将纳米合成、纳米制造和光谱分析技术等相结合，实现对水中重金属及氟离子的快速痕量探测与高效去除，项目成果为发展一类新型的用于水中污染物检测的化学光学纳米传感器件提供技术基础，也为水中污染物的高效去除提供技术储备。主要工作如下：（1）以石墨烯为模板，采用种子调节合成法，研制出基于原位生长的石墨烯-贵金属纳米异质结的SERS活性基底，经过特定的DNA功能化修饰，实现对水中重金属汞离子高灵敏度、高选择性识别的SERS光学探测；（2）设计制备出量子点荧光纳米探针，实现了水中砷、铁及氟离子的超灵敏选择性检测；（3）合成了多种纳米净水材料，实现了水中重金属及氟离子的高效低成本去除。经过四年不懈的努力，项目组按时完成了研究计划，取得了预期的研究成果。在项目执行过程中，分别在ACS Applied Materials Interfaces、Chemical Communications、Journal of Hazardous Materials、Sensors and Actuators B-Chemical、 Chemical Engineering Journal、Journal of Colloid and Interface Science等SCI论文25篇，其中影响因子大于3.0的19篇；申请发明专利6项，其中已授权1项；培养及协助培养研究生8名，其中博士生3名，硕士生5名，圆满完成了项目任务书的计划任务，实现了预期的目标。