2010年国家基金申请啊

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1、1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。）近几十年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，从1985年发现的富勒烯[1]，到1991年发现的碳纳米管(CNTs)[2]，再到2004年发现的石墨烯(GO)[3]，均引起了巨大的反响，兴起了研究热潮。2010年更是将诺贝尔物理学奖授予英国Manchester大学科学家AndreGeim和KonstantinNovoselov，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机

2、材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35nm，是目前所发现的最薄的二维材料[3]，也是构成其它石墨材料的基本单元。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使石墨烯表现出许多优异的物理化学性质。石墨烯具有好的导电性、宽的电位窗以及电催化活性等特性[4]，因此已经被广泛用于修饰电极的制备。例如：Ramesh等[5]将剥离的石墨烯氧化物悬浮液涂覆到玻碳(GC)和金(Au)电极表面，讨论了这些修饰电极对Fe(CN)3-6/Fe(CN)4-6、抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)等的电化学反应特性。随后，多个课题组制

3、备了石墨烯相关修饰电极[6-13]，并研究了多个常见的氧化还原电对(如Ru(NH3)3+6/Ru(NH3)2+6、Fe(CN)3-6/Fe(CN)4-6、Fe3+/Fe2+、H2O2、多巴胺、尿酸及NADH等)在石墨烯修饰电极表面的电化学反应特性，如Wang[13]等的研究结果表明DA和石墨烯表面之间有强的π-π相互作用，加快了DA的电子转移速率，同时减弱了AA在石墨烯修饰电极表面的氧化。因此，实现了石墨烯修饰的电极上DA的选择性检测，线性范围为5-200μmolL-1。此外，通过对多壁碳纳米管(MWNTs)

4、和化学法还原的石墨烯氧化物(CRGO)两种碳纳米材料复合壳聚糖修饰电极电化学特性的研究，得出了相比于MWNTs，CRGO是一种更加优良的复合材料等结论，为石墨烯的理论研究提供了依据。石墨烯此外还具有大的比表面积和生物相容性[14]，因而，可用于生物蛋白质或酶等生物大分子的固定及特定生物电化学传感器的制作。例如：Shan等首次[15]将生物大分子如葡萄糖氧化酶(GOD)通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及离子液体固定在石墨烯表面，构建了葡萄糖电化学传感器。固定在石墨烯表面的GOD能表现出良好的直接电子转移特性，并且可

5、以保持其生物电催化活性，用于葡萄糖的检测其响应线性范围为2-14mmolL-1。Zhang[16]等则通过π-π电子作用将2,2’-二氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)固定到石墨烯表面，从而形成了ABTS修饰的石墨烯复合物，之后将漆酶通过静电作用力固定到ABTS修饰的石墨烯表面，得到了其相关生物传感器。该酶电极对O212电化学还原的催化作用，该电极可用于细胞中释放O2的电化学检测。最近，其它生物大分子在石墨烯及其复合物表面的固定方法、电化学特性及相关生物传感器的性能也陆续出现报道[17-20]。

6、就目前报道的文献看，现阶段石墨烯修饰电极更多还是滴涂、静电吸附等修饰方法，存在修饰重现性的问题。而LB膜技术是一种精确控制薄膜厚度和分子排列的单分子膜沉积技术，即在水气界面上将不溶解的成膜材料分子加以紧密有序的排列，形成单分子膜，然后再转移到固体衬底上的制膜技术；其具有高稳定性和重现性的特性。目前，只有NatureNanotechnology上报道了一篇关于石墨烯LB成膜特性及其相关性能的文章[21]。对于不同功能化石墨烯的LB成膜特性及其相关修饰电极的制备和应用还都未见报道。因此，我们设想将石墨烯作为修饰剂

7、，利用LB膜技术将石墨烯修饰到电极上制作石墨烯LB膜修饰电极，用于电化学和电分析化学研究，开创石墨烯应用的新领域和新的电化学伏安传感器。研究设想首先是将石墨烯进行功能化修饰，即在石墨烯上嫁接具有特殊功能的基团或分子结构，然后将合成的功能石墨烯利用LB膜技术修饰在电极表面，作为电化学伏安传感器，由此来实现对环境污染物、食品安全和临床检测领域电化学性质相似和相近物质的电化学伏安法同时检测和研究。此外，还可以利用LB膜技术将生物分子固定于石墨烯LB膜中，这样就能将石墨烯的比表面积和生物相容性与LB膜技术的有序性完美

8、的结合在一起，充分发挥两者的协同作用，从而构建高度可控的第三代生物分子传感器。我们对该设想做了前期初步探索研究并取得成功，通过对氨基卟啉上的氨基与氧化石墨烯的羧基的缩合反应得到了卟啉共价功能化石墨烯，相关LB膜研究表明其成膜性能优越，其修饰电极对特定电活性物质具有很好的电催化性能，它的研究拓宽了石墨烯在电化学伏安分析的一个新领域。参考文献[1]H.W.Kroto,J.R.Heath,S.C.O'Br