摘 要

本文首先以壳聚糖季铵盐为改性剂制备了改性石墨烯，随后采用可控阳极电沉积技术制备了改性石墨烯/壳聚糖复合膜，并利用电沉积技术的优势，在不同的基材上制备了不同形状、图案及符号的改性石墨烯/壳聚糖复合膜，通过扫描电子显微镜（SEM）对制备的改性石墨烯/壳聚糖复合膜的表面结构、形貌等进行了表征。SEM测试表明，改性石墨烯/壳聚糖复合膜具有光滑平整的表面及层状的断面，表明膜中存在层状结构的石墨烯。

以改性石墨烯/壳聚糖修饰的玻碳电极为工作电极，构建了用于萘酚检测的新型石墨烯/壳聚糖的电化学检测器，详细研究了改性石墨烯的还原程度及改性剂的量，对电化学检测器检测性能的影响。研究结果表明，改性石墨烯的还原程度越大，电化学检测器的检测信号越强。改性剂的量越大，检测信号越弱。本文所构建的石墨烯/壳聚糖传感器，在萘酚污染物检测方面的应用以及对环境保护方面具有重要的实际应用价值。

关键词：改性石墨烯；壳聚糖；萘酚；检测

Abstract

In this paper, modified graphene was prepared by chitosan quaternary ammonium salt as modifier. Then, modified graphene / chitosan composite film was prepared by controlled anodic electrodeposition technique. The advantages of electrodeposition technique were used. The modified graphene / chitosan composite membranes with different shapes, patterns and symbols were prepared on different substrates. The surface structure of the modified graphene / chitosan composite films prepared by scanning electron microscopy (SEM) Appearance and so on. SEM test showed that the modified graphene / chitosan composite membrane had a smooth and smooth surface and lamellar cross section, indicating the presence of lamellar graphene in the film.

The modified graphene / chitosan modified glassy carbon electrode was used as the working electrode to construct a new type of graphene / chitosan electrochemical detector for naphthol detection. The degree of reduction of modified graphene was studied in detail. The amount of modifier, the electrochemical detector detection performance. The results show that the greater the degree of reduction of modified graphene, the stronger the detection signal of electrochemical detector. The greater the amount of modifier, the weaker the detection signal. The graphene / chitosan sensor constructed in this paper has important practical value in the application of naphthol contaminants and its application to environmental protection.

Key words: modified graphene; chitosan; naphthol; detection

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 石墨烯 1

1.2.1 石墨烯的制备方法 2

1.2.2 石墨烯的改性 3

1.3 电沉积 3

1.3.1 壳聚糖的电沉积 3

1.3.2 石墨烯的电沉积 3

1.4 萘酚 4

1.4.1 萘酚污染物的危害 4

1.4.2 萘酚污染物的处理 4

1.5本文主要研究目的与内容 5

2.1 实验试剂与仪器设备 6

2.1.1 实验试剂 6

2.1.2 仪器设备 7

2.2 实验步骤 7

2.2.1 氧化石墨烯的制备 7

2.2.2 壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备 7

2.2.3 石墨烯/壳聚糖的电沉积 8

2.2.4 制备不同形状和图案的石墨烯/壳聚糖膜 8

2.3 测试与表征 9

2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）表征 9

2.3.2 电化学测试 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 石墨烯/壳聚糖的电沉积 10

3.2 制备不同形状的石墨烯/壳聚糖的沉积膜 11

3.3沉积不同图案的石墨烯/壳聚糖膜 11

3.4 表征 12

3.4.1 扫描电镜分析 12

3.4.2 电化学检测 13

第四章 结论 17

参考文献 18

致 谢 21

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

社会工业化不断创新和进步，但仍会导致一系列的环境污染问题，从而使人类健康受到严重的威胁。萘酚污染物因其对环境及生物体突出的危害性，以及会造成持久的环境破坏污染等问题而受到人们越来越多的关注；例如萘酚被广泛应用于染料、药物等物质的合成^[1]，然而萘酚会造成持久的环境污染问题，这些萘酚污染物被一些国家和机构认为是潜在的致癌物^[2-4]。因此，建立一种高效的萘酚污染物检测手段对于环境保护和人类健康意义重大。

就现在研究结果和文献报道，一些能够实际使用的关于萘酚污染物检测的方法主要有：荧光分光光度法^[5]，后来又发展了气相色谱法和质谱法定性结合的方法^[6]，然后又研究出了高效液相色谱法^[7]，石英晶体微天平法^[8]等。这些传统方法具有一定的选择性、灵敏性，然而却仍存在一些缺点和不足：仪器设备昂贵，检测过程中涉及一些有毒溶剂，需要复杂的化学计量学方法解析信号等，都使得在实际应用中变得很复杂。

因此，寻找一种设备简单，操作方便，成本低，检测性能优良的方法变得尤为重要。石墨烯是一种二维结构，具有碳六圆环，并且碳六圆环之间的链接柔韧性非常的大，致使它的形变能力很优良，即使受到巨大的外力作用，石墨烯只会弯曲变形吸收外力，而其结构却不会被破坏。其次，近年来电化学传感器由于其响应速度快，灵敏度高，操作简单，稳定性好等优点而获得了广泛的关注，在实时和和现场环境监测等方面具有很大的应用前景^[9-11]。因此，采用电化学技术检测萘酚污染物可以克服以上方法的不足，具有不可替代的优势。

1.2 石墨烯

石墨烯是由碳六圆环结构组成的二维材料，并且仅有一层的原子的厚度。其具有大的比表面积、优异的机械强度、良好的导电性、较高的稳定性和较强的吸附能力而备受关注^[12]。石墨烯在太阳能电池、储氢材料和电子元器件等方面具有广泛的应用^[13]。此外，由于具备很大的理论表面积和极佳的导电性^[14,15]，石墨烯也被认定为是一种非常理想的电极材料^[16]。有着非常优良的电化学性能，例如大的电势窗口、低的电荷转移电阻、优异的电化学活性、快速的电子转移速率等^[17-19]。因此石墨烯这种特殊的物理和电化学性能使其在电化学传感器的应用中具有极大的优势。

1.2.1 石墨烯的制备方法

1.2.1.1 微机械剥离法