在線客服
企業(yè)微信
隨著工業(yè)化的進(jìn)展和環(huán)境污染的加劇，環(huán)境中存在的重金屬、有毒氣體、農(nóng)藥殘留、酚類有機(jī)污染物等日益增多。
2008年云南省文山州富寧縣衡昆高速公路發(fā)生一起交通事故，事故造成33.6t粗酚泄漏，對下游25km處的廣西白色水庫造成威脅；2009年河南6個(gè)城市堆放52萬t鉻渣數(shù)十年，以致持久性污染；龍江鎘污染事件是2012年第一起震驚全國的重金屬污染事件，也是2012年中國城市水源地的第一次告急。此外，汽車尾車中含有的CO、NO和碳?xì)浠衔锏扔泻怏w充斥著交通環(huán)境；各種殺蟲劑、農(nóng)藥等對環(huán)境和人體造成了不同程度的危害……環(huán)境污染事件的頻頻發(fā)生，使環(huán)境監(jiān)測顯得越來越重要，對環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的要求也越來越高。
傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測通常采用離線、實(shí)驗(yàn)室分析方法，分析速度慢，操作復(fù)雜，分析儀器大且昂貴，無法進(jìn)行現(xiàn)場快速分析和連續(xù)在線監(jiān)測。電化學(xué)傳感器以成本低、易攜帶、多功能等優(yōu)點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。鑒于對電化學(xué)傳感器的靈敏度要求越來越高，很多納米材料如碳納米管、納米金屬顆粒、碳纖維、多孔納米材料等被廣泛用于電化學(xué)傳感器構(gòu)建，其中石墨烯作為一種新型的納米材料對電化學(xué)傳感器起到了很好的增敏作用。
石墨烯具有六邊形晶格組成的二維晶體的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以看作是一層被剝離的石墨片層，碳原子之間是sp2雜化。石墨烯是形成其他維數(shù)炭質(zhì)材料（如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨）的基本單元。
石墨烯的柔韌性跟塑料包裝一樣好，可以隨意彎曲、折疊或者像卷軸一樣卷起來。不過，它比鉆石還硬，在室溫下比任何一種介質(zhì)的導(dǎo)電性都要好。石墨烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其顯示出不同尋常的性質(zhì)。作為一種重要的材料，石墨烯在基礎(chǔ)研究及設(shè)備研發(fā)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。由于石墨烯具有大的比表面積、良好的生物相容性、較高的導(dǎo)電性，被廣泛應(yīng)用到電化學(xué)傳感器的構(gòu)建。
電化學(xué)傳感器在食品安全、生物分析、生命醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等方面得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。筆者主要綜述近幾年來國內(nèi)外基于石墨烯構(gòu)建的電化學(xué)傳感器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展。
大規(guī)模制備高質(zhì)量的石墨烯晶體材料是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)，發(fā)展簡單可控的化學(xué)制備方法是最為方便、可行的途徑，這需要化學(xué)家們長期不懈的探索和努力。Novoselov等人最初采用“微機(jī)械力分裂法”，即通過機(jī)械力從石墨晶體表面剝離石墨烯片層并轉(zhuǎn)移到氧化硅等載體表面上。雖然這種方法可以制備微米大小的石墨烯，但是其可控性較低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模合成。
通過加熱SiC單晶表面，Berger等人在SiC表面上外延生長石墨烯結(jié)構(gòu)，這種擔(dān)載的石墨烯可以通過光刻過程直接做成電子器件。但是由于SiC晶體在高溫加熱過程中表面容易發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以得到面積大、厚度均一的石墨烯。相比較而言，化學(xué)氣相沉積法提供了一條有效可控的合成和制備石墨烯薄膜的途徑。
以金屬單晶或金屬薄膜為襯底，在其表面上暴露并高溫分解含碳化合物可以生成石墨烯結(jié)構(gòu)，通過襯底的選擇、生長的溫度、前驅(qū)物的暴露量等生長參數(shù)能夠?qū)κ┑纳L進(jìn)行調(diào)控。另外化學(xué)或熱還原法也可以大量生產(chǎn)石墨烯。將石墨烯功能化，是將石墨烯進(jìn)行化學(xué)改性、摻雜、表面官能化以及合成石墨烯的衍生物。
如金屬納米粒子功能化的石墨烯，增強(qiáng)了石墨烯的導(dǎo)電性；合成磺酸化的石墨烯提高了石墨烯的水溶性，進(jìn)一步提高了石墨烯在電極表面的成膜性；合成N摻雜的石墨烯，由于氮元素有高的電子云密度，將N元素?fù)诫s于石墨烯中，進(jìn)一步改善了石墨烯的導(dǎo)電性；另外還有制備的光學(xué)性質(zhì)較好的卟啉石墨烯。將功能化石墨烯作為修飾電極基底材料，大大提高了修飾電極的導(dǎo)電性以及表面積，用此種修飾電極構(gòu)建一系列電化學(xué)傳感器，提高了傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
傳感器主要由敏感器(分子識別元件)、信號轉(zhuǎn)換器(換能器)和電子線路三部分組成。電化學(xué)傳感器是一類特殊的傳感器，是利用生物識別元件、信號轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)結(jié)合在一起的分析設(shè)備，能夠感受特定的被測量物質(zhì)并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可識別的電信號，通過對電信號進(jìn)行處理，監(jiān)測出被測物質(zhì)及其濃度。
