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石墨烯的功能化调控及分析化学研究
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    O657.1
  • 关键词:
  • 成果简介:
    项目属于分析化学领域。二维纳米材料石墨烯具有独特的电子、光学、磁学、热学和机械属性,它在构建髙灵敏和高选择性分析化学器件方面潜力巨大。发掘石墨烯优异性能,实现功能化石墨烯的合理设计、精准制备和性能调控是提髙及拓宽其在分析化学领域应用的前提和基础。项目自2008年起,采用二维石墨烯作为基础材料,揭示了其电化学/生物纳米界面效应,建立了石墨烯绿色制备、可控组装及杂化的新方法,实现了对石墨烯材料的功能化设计、调控并探索了其在分析传感及能源领域的应用,经多年努力,取得了多项创新成果: 1.发掘石墨烯纳米界面特性,揭示其电化学/生物界面效应: 采用二维石墨烯为电极材料构筑电化学生物界面,基于其高密度棱面缺陷提供的多活性位点,发现了石墨烯纳米界面上DNA四种碱基淸晰分辨的电化学信号,在生理pH条件下,无需预水解和标记,首次实现了单核苷酸多态性的识别。该界面对多种生物小分子也呈现出灵敏响应; 组装血红素在石墨烯纳米界面,揭示其纳米酶(类过氧化物酶)的活性,在过氧化氢存在下,能催化氧化典型底物显色,构建了免标记、可视化检测乙肝病毒的单碱基多态性的新方法,该方法具普适性。 2.提出了绿色制备石墨烯纳米片及石墨烯薄膜的新策略: 发现并提出以葡萄糖为还原剂快速制备水溶性石墨烯纳米片的绿色新方法,阐明了葡萄糖还原石墨烯氧化物和稳定石墨烯的反应机理,避免了传统毒性还原剂肼的使用。该法具普适性,可扩展到它种还原性糖类化合物; 突破以化学试剂为还原剂制备石墨烯薄膜的传统,率先提出电化学还原制备石墨烯的新策略,结合喷涂技术发展了一种简单、多基底、无还原试剂消耗、低成本制备石墨烯纳米薄膜的新方法。 3.开拓了石墨烯纳米杂化材料在传感及催化方面的功能: 探索了石墨烯纳米杂化界面的电化学传感行为,建立了性能优异的电化学传感新方法,实现了对环境污染物及生物药物分子的灵敏分析: 依据胶体化学反应规律,利用Ensemble效应,设计了高效甲醇电氧化催化剂:三维铂/钯纳米枝状物负载的石墨烯杂化体,有效地增强Pt利用效率,降低了Pt用量,相比于商品化Pt催化剂,电催化反应活性和稳定性大幅提升。 项目8篇代表性论文总他引4233次,单篇SCI最高他引979次,篇均SCI他引超过510次。8篇代表性论文均入选该领域ESI TOP1%髙被引论文。受邀在国际著名期刊Chem. Soc. Rev.上发表综述。发表在Anal. Chem. 2009, 81,5603的工作在2009年至今Anal. Chem.期刊发表的所有论文中SCI引用排名第一,并被Web of Science的Science Watch选为“What's Hot in Chemistry -2011 (Top Ten list)”。“电化学还原制备石墨烯薄膜”工作,受到国内外同行的广泛认可,澳大利亚卧龙岗大学、法国史特拉斯堡大学、日本东京工业大学等国内外多个研究组跟进该工作,被Chem. Rev.评为“绿色”还原制备石墨烯薄膜的新方法。
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