電(dian)化學(xue)傳感(gan)器在環(huan)境監測中(zhong)應用(yong)

傳(chuan)統(tong)的環(huan)境監測通(tong)常(chang)采(cai)用離線、實(shi)驗(yan)室分析方(fang)法，分析速度(du)慢(man)，操作復雜，分析儀(yi)器大且昂(ang)貴，無(wu)法進行現場(chang)快(kuai)速(su)分析和連(lian)續(xu)在線(xian)監測。電(dian)化學(xue)傳感(gan)器以成(cheng)本(ben)低、易(yi)攜(xie)帶(dai)、多(duo)功能等(deng)優點在(zai)環(huan)境監測領域的(de)應用(yong)日(ri)益廣(guang)泛。鑒(jian)於對電(dian)化學(xue)傳感(gan)器的靈敏(min)度(du)要求(qiu)越來(lai)越高，很多(duo)納(na)米(mi)材料如(ru)碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)、納(na)米(mi)金(jin)屬(shu)顆(ke)粒、碳(tan)纖(xian)維(wei)、多(duo)孔納(na)米(mi)材料等(deng)被廣(guang)泛用(yong)於電(dian)化學(xue)傳感(gan)器構建，其中(zhong)石(shi)墨烯(xi)作為(wei)壹種新型(xing)的(de)納(na)米(mi)材料對(dui)電(dian)化學(xue)傳感(gan)器起到(dao)了很好(hao)的增(zeng)敏(min)作用。

電(dian)化學(xue)傳感(gan)器在食品安(an)全(quan)、生物分析、生命(ming)醫(yi)學(xue)、環(huan)境監測等(deng)方(fang)面得(de)到(dao)了高度(du)重(zhong)視和廣(guang)泛應用(yong)。筆(bi)者主(zhu)要(yao)綜述近(jin)幾(ji)年來(lai)國內外(wai)基(ji)於石墨烯(xi)構建的電(dian)化學(xue)傳感(gan)器在環(huan)境監測領域的(de)發(fa)展。

大規(gui)模(mo)制備(bei)高(gao)質(zhi)量(liang)的石(shi)墨烯(xi)晶體(ti)材料是(shi)所(suo)有(you)應用(yong)的(de)基(ji)礎，發(fa)展簡單(dan)可控的(de)化(hua)學(xue)制(zhi)備方(fang)法是(shi)zui為(wei)方(fang)便(bian)、可行的(de)途(tu)徑(jing)，這(zhe)需要(yao)化(hua)學(xue)家們不(bu)懈的(de)探索和(he)努力(li)。Novoselov等(deng)人zui初采用(yong)“微(wei)機(ji)械力(li)分裂法”，即(ji)通(tong)過機械力(li)從(cong)石墨晶體(ti)表(biao)面剝(bo)離石(shi)墨烯(xi)片(pian)層(ceng)並(bing)轉(zhuan)移到(dao)氧(yang)化矽(gui)等(deng)載體(ti)表(biao)面上。雖(sui)然(ran)這(zhe)種方(fang)法制(zhi)備微(wei)米(mi)大小的(de)石墨烯(xi)，但(dan)是(shi)其可控性較(jiao)低(di)，難以實現大規(gui)模(mo)合(he)成(cheng)。

通(tong)過加熱SiC單晶(jing)表(biao)面，Berger等(deng)人在SiC表(biao)面上外(wai)延(yan)生長(chang)石墨烯(xi)結構，這(zhe)種(zhong)擔(dan)載(zai)的(de)石(shi)墨烯(xi)通(tong)過光刻(ke)過程(cheng)直接做(zuo)成(cheng)電(dian)子(zi)器件(jian)。但(dan)是(shi)由於SiC晶體(ti)在高溫加熱過程(cheng)中(zhong)表(biao)面容易(yi)發(fa)生重(zhong)構，導(dao)致表(biao)面結(jie)構較(jiao)為(wei)復雜，難以得(de)到(dao)面積大、厚度(du)均壹的石墨烯(xi)。相比(bi)較(jiao)而言，化(hua)學氣相沈積法提供(gong)了壹條(tiao)有(you)效可控的(de)合(he)成(cheng)和(he)制備石(shi)墨烯(xi)薄(bo)膜的(de)途徑(jing)。以(yi)金屬(shu)單(dan)晶(jing)或金(jin)屬薄(bo)膜為(wei)襯底(di)，在其(qi)表(biao)面上暴(bao)露(lu)並(bing)高溫分解含(han)碳(tan)化(hua)合(he)物生成(cheng)石(shi)墨烯(xi)結構，通(tong)過襯底(di)的選(xuan)擇(ze)、生長(chang)的溫度、前驅物(wu)的(de)暴(bao)露量(liang)等(deng)生長(chang)參數(shu)能(neng)夠對(dui)石(shi)墨烯(xi)的生長(chang)進行調(tiao)控。另外(wai)化(hua)學或(huo)熱還原(yuan)法(fa)也大量(liang)生產石(shi)墨烯(xi)。將石(shi)墨烯(xi)功能化(hua)，是將(jiang)石墨烯(xi)進行化(hua)學(xue)改(gai)性、摻雜(za)、表(biao)面官(guan)能化以(yi)及合(he)成(cheng)石(shi)墨烯(xi)的衍(yan)生物。

如(ru)金屬納(na)米(mi)粒(li)子(zi)功能化(hua)的石(shi)墨烯(xi)，增(zeng)強了石墨烯(xi)的導(dao)電(dian)性；合(he)成(cheng)磺(huang)酸化(hua)的石(shi)墨烯(xi)提高(gao)了石墨烯(xi)的水(shui)溶性，進壹步提高(gao)了石墨烯(xi)在電(dian)極表(biao)面的(de)成(cheng)膜(mo)性；合(he)成(cheng)N摻雜(za)的(de)石墨烯(xi)，由於氮元(yuan)素有(you)高的(de)電(dian)子(zi)雲密(mi)度，將(jiang)N元(yuan)素摻雜(za)於石墨烯(xi)中(zhong)，進壹步改(gai)善(shan)了石墨烯(xi)的導(dao)電(dian)性；另外(wai)還(hai)有(you)制備(bei)的光(guang)學性質(zhi)較(jiao)好(hao)的卟啉(lin)石(shi)墨烯(xi)。將功能化(hua)石墨烯(xi)作為(wei)修飾(shi)電(dian)極基(ji)底(di)材料，大大提高(gao)了修飾(shi)電(dian)極的(de)導電(dian)性以(yi)及表(biao)面積，用此種(zhong)修(xiu)飾(shi)電(dian)極構建壹系列(lie)電(dian)化學(xue)傳感(gan)器，提高了傳感(gan)器的(de)靈(ling)敏(min)度(du)、穩定(ding)性和(he)重(zhong)現性。

傳(chuan)感(gan)器主(zhu)要(yao)由敏感器(qi)(分子(zi)識(shi)別(bie)元(yuan)件(jian))、信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)器(換(huan)能器(qi))和電(dian)子(zi)線路三部分組(zu)成(cheng)。電(dian)化學(xue)傳感(gan)器是壹類特殊的傳感(gan)器(qi)，是(shi)利用(yong)生物識(shi)別(bie)元(yuan)件(jian)、信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)裝置(zhi)、數(shu)據(ju)處理(li)系統(tong)和顯(xian)示系統(tong)結合(he)在壹起的分析設備(bei)，能(neng)夠(gou)感(gan)受特定(ding)的(de)被測量(liang)物質(zhi)並(bing)按照壹定(ding)規(gui)律(lv)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)可識(shi)別(bie)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)，通(tong)過對電(dian)信(xin)號(hao)進行處理(li)，監測出(chu)被測物(wu)質(zhi)及其(qi)濃(nong)度。