功能化石墨烯修饰电极的制备及对铀酰离子的传感性能研究

Uranium is a radioactive metal that exists in the environment, with a metallic and radiation toxicity, which can cause adverse effects to human health. Uranium is associated with oxygen, forming the uranyl ion UO22+. Therefore developed a sensitive, rapid and accurate sensor detection of uranyl ion is particularly important. Stripping voltammetry is widely used in the determination of uranyl ions. Earlier work using mercury film electrode electrode, the presence of mercury pollution. Currently functionalized ligands modified solid electrodes can be to replace mercury electrode for sensing. However, the reported modified electrodes, with the high detection limit and a long time, are unable to meet the actual needs. Graphene as a novel two-dimensional carbon nanomaterial, has large specific surface area and excellent electrical conductivity. Graphene modified electrode can improve the electrical performance of the electrode in the analysis. We hypothesized that: the functional ligand and graphene composite electrode can improve the detection sensitivity and selectivity of uranyl ions; the mechanism is the effect of the interaction between the graphene and functionalized ligands. To prove this hypothesis, the differential pulse voltammetry was applied to test the performance of the functionalized ligand/graphene composites modified electrode toward uranyl ion detection. The project will be further addressed key issues of uranyl ion detection.

铀是一种普遍存在于环境中的放射性元素，具有放射毒性和金属化学毒性, 会对人体造成极大的危害。其在水中只要以铀酰离子形式存在，因此研制出灵敏、快速、准确的铀酰离子检测传感器尤为重要。溶出伏安法广泛地应用于铀酰离子的测定,早期的工作电极采用汞膜电极，存在汞污染问题。目前可采用功能化配体修饰的无汞固体电极代替汞电极进行测试。然而，所报道的修饰电极中，对铀酰离子的检出限高且富集时间长，无法满足实际需要。石墨烯作为一种新型二维平面碳质纳米材料，具有超大的比表面积及优异的导电性。利用石墨烯对电极表面进行修饰可以提高电极的电分析性能。我们推测：将功能化配体与石墨烯复合，可以提高修饰电极检测铀酰离子的灵敏度和选择性，其机制是利用石墨烯及功能化配体的协同作用。为证明该假说，本项目应用差分脉冲伏安技术，测试功能化配体/石墨烯复合材料修饰电极对铀酰离子的检测性能。本课题将进一步解决铀酰离子检测中的关键问题。

使用具有二维单层结构的石墨烯作为电极材料，采用简单、有效、绿色和环境友好的方法构筑了一系列基于石墨烯的铀酰离子电化学传感平台。制备不同的石墨烯复合材料修饰电极，采用循环伏安法和交流阻抗谱法对修饰电极的电化学性能进行检测；采用差分脉冲溶出伏安法进一步探讨修饰电极对铀酰离子的检测性能。主要研究内容和结果如下：.采用电化学还原方法，由氧化石墨烯制备了石墨烯修饰电极，考察了修饰电极的微观结构、电化学性能及其对铀酰离子的电化学还原性能。研究发现，电化学还原的石墨烯对铀酰离子的电化学还原有明显促进作用。.采用电化学沉积法或者化学还原法，获得了两种不同形貌的纳米银/石墨烯复合修饰电极。考察了该电极的微观结构、电化学性能及其对铀酰离子的响应情况。研究发现，将石墨烯和银纳米材料结合在一起得到的石墨烯-银纳米复合材料，不仅具备石墨烯和银纳米材料各自的优良性质而且具有两者的增效性质。.采用电化学还原技术及电聚合方法制备石墨烯/聚N-苯基邻氨基苯甲酸复合材料修饰的电极，通过差分脉冲伏安法观察修饰电极对铀酰离子的检测性能，探讨了功能化配体、石墨烯在检测铀酰离子时的协同作用。研究表明，聚合物所具有的羧基基团，增加了UO22+在该修饰电极表面的富集程度；同时，石墨烯具有良好的导电性和大的比表面积，提高了电子的传递速率、增大电极的有效面积。两者协同作用对电化学信号进行放大从而导致了溶出峰电流的增大。