石墨烯-介孔氧化物对有机污染物的吸附、催化及分析检测

In this study, multifunctional graphene-mesoporous oxide (e.g. ZnO, SnO2, CuO, TiO2, and SiO2) is designed and constructed, using functional graphene and mesoporous metal oxide as precursors. Its shapes and sizes, crystals, and relative properties are characterized by many approaches such as SEM, TEM, XRD, FT-IR, and UV-Vis spectra. The adsorption and catalysis of the polluted organic molecules (abbreviated as target molecules) on the as-prepared products are in situ investigated in some detail, through Raman, total-reflection FT-IR, and electrochemistry. The adsorption and catalysis mechanism of the target molecules is explored based on the adsorption and catalysis models, respectively. Apart high enrichment and trace detection towards the target molecules, stability, dispersity, repeatability, and regeneration are also required for these products. Their good performance can be expected to detect and restorate polluted water from revier or lake, as well as developping a facile, low-cost, and high efficient method for pollution molecules. The products will provide a new platform for potential applications, such as environmental pollution control.

本项目拟以功能化石墨烯和介孔氧化物（如ZnO、SnO2、CuO、TiO2及SiO2等）为前驱体，设计、合成多功能石墨烯-介孔氧化物复合材料。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis等技术对其形貌、尺度、晶形及性能等进行表征。采用激光拉曼、全反射FT-IR、电化学等原位表征技术来研究有机污染物分子（简称靶向分子）在石墨烯-介孔氧化物表面的吸附/解吸及催化反应，实现靶向分子的高效富集和痕量检测。建立靶向分子的吸附和催化模型，探讨靶向分子在石墨烯-介孔氧化物表面的吸附和催化机制。考察所制备的石墨烯-介孔氧化物的稳定性、分散性、重复性及再生性，建立便捷、经济及高效的分析方法，用于环境污染物（如污染的河水、湖水等）的检测和修复，为实现功能化石墨烯材料的实际应用奠定基础，拓展其在未来环境污染控制领域中的应用。

本项目研究了功能化石墨烯和介孔氧化物复合材料体系对有机污染物分子（简称靶向分子）在石墨烯-介孔氧化物表面的吸附/解吸及催化反应，实现靶向分子的高效富集和痕量检测。建立靶向分子的吸附和催化模型，探讨靶向分子在石墨烯-介孔氧化物表面的吸附和催化机制。经过四年的努力，本研究工作达到了预期目标，成功构建了基于石墨烯-介孔氧化物复合材料对有机污染物的吸附、催化及分析检测体系。（1）吸附、催化体系：合成了磁性石墨烯-海藻酸钙复合材料体系（G-Fe3O4/CA）和磁性石墨烯-介孔SiO2纳米复合材料体系（MG@m-SiO2），应用于亚甲基的高效富集与吸附分离；合成介孔分子筛体系（MCM-48）成功应用于甲基紫的吸附分离；合成新型磁性竹节状碳纳米管复合材料体系（b-CNTs），实现对水溶液中双酚A的高效富集和催化降解；合成Pt-PDA-RGO功能复合材料体系，成功应用于氧还原催化和过氧化氢催化。（2）分析检测体系：设计并构建了一系列的基于石墨烯的分析检测体系并成功应用于分析检测，如 Cu2O/RGO复合材料体系，成功应用于构建非酶葡糖糖传感器；原石墨烯量子点体系，成功应用于DNA分子检测；合成石墨烯负载的Au-Pd纳米材料体系，成功应用于亚硝酸盐的电化学检测。在该基金的资助下，目前已累计发表SCI源期刊论文30余篇，其中影响因子大于6.0的13篇 (ACS Appl. Mater. Interfaces 1篇；Nanoscale 2篇；J. Mater. Chem. A 3篇；J. Power Sources 4篇；Biosens. Bioelectron. 2篇，Chem. Eur. J. 1篇)。申报国家发明专利5个，已授权1个。培养研究生12名，其中1名同学获国家奖学金。