高活性纳米贵金属/石墨烯材料的电化学行为及分析应用研究

利用氧化型石墨烯 (GO) 与贵金属（Pd、Pt、Au和Rh等）之间氧化还原的电位差，进行贵金属在GO表面的自发还原，制备稳定的超细纳米粒子。通过考察不同氧化程度的GO对贵金属纳米制备的影响，结合理论计算，研究方法的基本原理。由于制备过程中不使用保护试剂，所得到的贵金属纳米粒子具有 "清洁"的表面，同时石墨烯大量π-π键的存在可使纳米粒子在其表面的均匀分布，由于得到的纳米粒子表面活性位点完全裸露，其催化活性将被显著提高，并将表现出很好的电化学活性。以此基础，研究铂、钯纳米对葡萄糖的电催化氧化能力，构建非酶葡萄糖传感器，以期实现对葡萄糖的电化学非酶检测。同时，利用金纳米的放大效应，将这种具有洁净表面的金纳米/GO材料用于构建电化学免疫传感器，实现对目标物的超灵敏检测。

石墨烯是碳家族体系中重要的碳质新材料，利用其作为修饰电极复合材料的载体，在电化学各个领域中均有广泛的应用。Au、Ag、Pt、Pd等贵金属纳米粒子具有区别于本体材料的优异的光、电、磁和催化性能，是一类非常重要的纳米材料。研究工作利用石墨烯 (GO) 与贵金属（Pd、Pt、Au 和Rh 等）之间氧化还原的电位差，进行了贵金属在GO 表面的自发还原，制备稳定的超细纳米粒子。由于制备过程中不需要保护试剂，所得到的贵金属纳米粒子具有 "清洁"的表面，同时石墨烯大量π-π键的存在可使纳米粒子在其表面的均匀分布，由于得到的纳米粒子表面活性位点完全裸露，其催化活性将被显著提高，表现出很好的电化学活性。以此基础，研究进一步开展了铂、钯纳米对几种小分子的电催化氧化能力，构建了非酶传感器，实现对小分子的电化学非酶检测。研究工作利用石墨烯大π-π共轭体系对PdNPs独特的稳定作用，根据原电池中自发氧化还原的原理，将PdNPs自发还原于GO表面，通过比较PdNPs-GO和商品化的钯/碳材料在酸性条件下对甲酸及碱性条件下对乙醇的电催化行为，表明所制备的材料具有表面洁净，分散性能好的小尺寸PdNPs具有很好的催化性能。利用PdNPs-GO的催化性能，构筑了抗坏血酸和过氧化氢的传感器，得到良好的检测效果。利用乙醇为还原剂，通过简单的一锅法将Pt纳米粒子负载在石墨烯上，所制备的PtNPs/GO催化剂具有高催化活性和高稳定性的特点，用于构筑葡萄糖和草酸的电化学传感器。另外，除了单金属，研究还展开了双金属纳米合金沉积在石墨烯表面的研究。由于双金属之间的协同作用，使得该复合材料表现出比单金属更优异的催化效果。同样的，实验也考察了其对小分子的催化性能。除了上述二维材料的探索，研究还利用石墨烯构建了三维结构的纳米材料，如三维石墨烯气凝胶，同时也考察了它们的催化性能。通过该项目的研究，发展了简便、快捷的石墨烯基纳米材料制备方法，在此基础上构建高效、稳定、灵敏度高的电化学传感器。