硫掺杂石墨烯作为MFC阴极性能和生物毒性检测

采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.3%,这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭(AC)、炭黑(CB)以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明,S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h,输出电压为0.33V,而rGO催化的反应器每个周期可持续24h,输出电压为0.30V;CB催化的反应器每个周期可持续23h,输出电压为0.26V。以苯扎氯铵(BAC)为生物毒性物质,探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能,根据电压与BAC浓度的线性拟合结果,发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性(相关系数为0.996),而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932,表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。

硫掺杂石墨烯电催化降解有机染料甲基橙

电极作为影响污染物电催化氧化效率与路径的最主要因素,是电催化效率提升的重要突破口。本研究以氧化石墨烯(GO)为碳源,以二苯二硫醚作为硫源,合成硫掺杂石墨烯(SGN)电极,用于电催化降解甲基橙染料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对材料进行表征。考察电解质、外加电流、初始pH等因素对降解过程的影响。研究结果表明,硫掺杂能有效提升石墨烯材料的电催化性能。在初始pH=3、甲基橙浓度为10mg/L、电解质为NaCl、外加电流为30mA且实验温度为20℃的最佳条件下,反应35min可以达到98.39%的甲基橙降解率。材料性能稳定,可重复使用,在降解有机污染物方面具有良好的应用前景。

硫掺杂石墨烯电催化降解偶氮染料RBK

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),以二苯二硫醚(BDS)为掺杂剂,在一氧化碳(CO)氛围下,采用一步退火法合成硫掺杂石墨烯(SG)。通过透射电子显微镜(TEM)、傅氏转换红外线光谱分析(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品的微观结构和形貌进行表征,利用电化学阻抗技术测试杂化后石墨烯电导性能,以RBK5为目标污染物进行硫掺杂石墨烯电催化性能研究。研究结果显示,经S掺杂后的石墨烯具有高于纯石墨烯的导电能力与催化活性,当退火温度为400℃且S∶C (质量比)=1.31时,得到的硫掺杂石墨烯(400℃-SG-1.31)在初始pH为3.0时对偶氮染料RBK5的降解效果最好。在初始浓度5mg/L,电流密度为20mA,初始pH为3.0条件下,反应20min即可达到99%的RBK5降解效率。

氮硫掺杂石墨烯量子点的合成及在孔雀石绿定量分析中的应用

为了研发一种新型可用于定量分析水溶液中孔雀石绿的荧光量子点,合成了氮硫掺杂的石墨烯量子点,并采用透射电镜、X射线光电子能谱和荧光光谱对其进行了表征。结果表明:所合成纳米粒子含有C、O、N、S等元素,粒径为2-8 nm,当激发波长为370 nm时,其最大荧光发射波长为449 nm,具有良好的荧光发射性能。进一步将孔雀石绿加入氮硫掺杂石墨烯量子点中,孔雀石绿会引起氮硫掺杂石墨烯量子点的荧光发射强度明显的降低,并且孔雀石绿浓度与氮硫掺杂石墨烯量子点荧光强度的改变(F_(0)/F)之间具有良好的线性关系,基于此建立了一种定量分析孔雀石绿含量的方法。该方法的最低线性范围为8.22-13.70 nmol/L,最低检出限为4.83 nmol/L(1.76 ng/mL)。研究发现,加入孔雀石绿后,氮硫掺杂石墨烯量子点的紫外可见吸收光谱发生了明显的改变,说明二者之间形成了复合物;变温试验回归线的斜率随着温度的增加而减小,是因为孔雀石绿与氮硫掺杂石墨烯量子点的复合物的稳定性随着温度的增加而减小;结合荧光衰减曲线和动力学计算可知,孔雀石绿所引起氮硫掺杂石墨烯量子点荧光强度的降低为静态猝灭过程。实际样品分析表明该方法简便、快速、成本低,可用于水溶液中孔雀石绿的定量现场分析。

氮硫掺杂石墨烯量子点荧光探针测定葡萄酒中铜离子的含量

铜是哺乳动物所需营养中的微量元素,每天摄入1.5~2.0 mg铜是必不可少的.但过量的摄入铜对人体会产生毒性,而且测定血清和尿液中的铜水平对于某些疾病的早期诊断是非常重要的,因此建立铜的定量分析方法尤为重要.基于Cu^(2+)对氮硫掺杂石墨烯量子点较强的荧光猝灭作用,建立了一种快速、高灵敏检测Cu^(2+)的方法,结果表明检测范围具有可调性,最低检出限为2.708 nmol·L^(-1).并通过变温实验和热力学计算探究了其猝灭机理为静态猝灭过程.

基于硫掺杂石墨烯离子液体复合物的亚硝酸盐电化学传感器

为了实现水样中亚硝酸盐的灵敏检测,采用水热合成超声辅助结合法制备硫掺杂石墨烯离子液体复合修饰材料(SG-IL),用于构建高灵敏性亚硝酸盐电化学传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对复合材料进行形貌和结构表征。电化学分析表明,亚硝酸盐浓度在3~200μmol×L-1范围内峰电流与NO2-浓度呈现良好的线性关系,检出限为1.0μmol×L^-1(信噪比为3)。结果表明,该传感器选择性好、灵敏度高、检出限较低且实样检测结果较为理想,可作为实际水样中亚硝酸盐的检测平台。

硫掺杂三维石墨烯的制备及电化学性能表征

杂原子的掺杂可以有效地避免其无序堆叠,从而改善其基电极的电化学性质。由此,研究人员利用噻吩聚合物(PEDOT:PSS)为硫源,在氧化石墨烯的表面形成高分子链,退火处理制备了硫原子掺杂的石墨烯晶体,制作了三维结构的硫掺杂石墨烯(SG)。实验证明,SG电极材料具有高比电容,在电流密度为0.5 A/g时,比电容为254 F/g。由此得到的SG电极材料的电容比容量明显优于还原氧化石墨烯(rGO)的容量。比电容性能大幅度的改善证实了硫掺杂的石墨烯在超级电容器的应用中良好的前景。

基于氮硫掺杂的石墨烯量子点电化学发光传感器的构建及检测铜离子的研究

石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型的纳米材料,由于其低毒性、易于表面功能化等优点而受到广泛关注。该文通过一步溶剂热法合成了氮硫共掺杂石墨烯量子点(N,S-GQDs),与未掺杂的GQDs相比,其电化学发光(ECL)信号得到极大增强。在外电压作用下,N,S-GQDs由基态跃迁到激发态,在返回基态的过程中释放出光能。加入Cu^(2+)后,Cu^(2+)与N,S-GQDs发生络合作用,使可被激发的N,S-GQDs减少,ECL信号降低,Cu^(2+)浓度越大,ECL降低程度越大。利用Cu^(2+)对N,S-GQDs ECL信号的降低作用,以壳聚糖为连接剂,构建了用于检测铜离子的新型N,S-GQDs ECL传感器。考察了缓冲溶液种类与pH值,共反应剂S_(2)O_(8)^(2-)浓度对ECL信号强度的影响。在优化条件下(60 mmol/L pH 7.5 Tris-HCl,50 mmol/L S_(2)O_(8)^(2-)),Cu^(2+)的线性范围为0.01~35μmol/L,检出限为1.7 nmol/L。方法可实现对工业废水中铜离子的快速、灵敏、选择性检测。该研究为实际样品中重金属离子的快速检测做了铺垫,拓宽了纳米材料在电化学发光传感领域中的应用。

水热法制备镍负载硫磷双掺杂石墨烯电极及其电催化析氢性能研究

设计一种高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂,对电催化析氢的应用具有重要意义。以硫酸和植酸为硫磷掺杂剂,采用水热法合成了硫磷共掺杂石墨烯(SPG);随后,采用简单的醇热法制备了直接生长在SPG上的Ni基纳米材料(Ni/SPG)。制备的Ni/SPG电催化剂表现出杰出的析氢性能,其阻抗极低(0.48Ω),电化学活性表面积极好(32.62m^(2)/g),起始过电位低(115mV),并且具有优秀的Tafel斜率(115mV/dec)和良好的循环稳定性(5000个循环伏安循环)。这些显著的电催化性能归因于S和P双掺杂石墨烯产生更多暴露的活性中心和表面缺陷,使得小晶粒尺寸的Ni均匀地分散在其表面,并促进了它们之间的电子传输。

硫掺杂激光诱导石墨烯的制备及抗菌性能

高效抗菌性能的石墨烯基材料的制备具有挑战性。两步激光诱导法被成功用于硫掺杂激光诱导石墨烯(SLIG)的合成,该方法简单可控,并且制备的石墨烯纯度较高。研究了SLIG在胶体溶液中的抗菌性能。通过光密度(OD)法和平板菌落计数法测试了SLIG对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的活性抑制。结果表明,与激光诱导的石墨烯(LIG)相比,SLIG对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌均表现出更高的抗菌能力。除此之外,分子动力学计算的结果与实验结果一致,表明掺杂的硫原子和石墨烯的高效协同作用增强了SLIG的抗菌性能。因此,两步激光诱导法制备的SLIG是一种有效的抗菌材料。

氯化锰与氮硫掺石墨烯量子点的相互作用研究

锰在维持人体基本的生命活动中起到十分重要的作用,它负责血糖水平和细胞能量管理、生殖功能、消化功能和骨骼生长。但同时过量的锰会对人产生不可逆的后果,如锰中毒、帕金森综合征。通过探究氯化锰与氮硫掺石墨烯量子点之间的相互作用,发现氯化锰浓度与氮硫掺杂石墨烯量子点的荧光强度变化之间存在线性关系,检出限可达到3.042μmol/L。并通过变温实验和热力学计算对作用机理进行了讨论,结果表明氯化锰所引起氮硫掺杂石墨烯量子点荧光强度的降低为动态猝灭过程,且为自发吸热过程。

基于场放大进样和石墨烯量子点双重富集毛细管电泳分离检测三聚氰胺和双氰胺

通过热解法制备了硫掺杂的石墨烯量子点(S-GQDs),同石墨烯量子点(GQDs)相比,S原子的引入有效改善了GQDs的表面状态和化学特性、增强其对正电荷的捕获能力,使其更易与阳离子相互作用。以S-GQDs为载体,结合电堆积富集技术,发展了一种基于场放大进样(FASI)和S-GQDs放大的双重富集毛细管电泳(CE)分离检测三聚氰胺和双氰胺的方法。三聚氰胺和双氰胺在酸性介质中带正电荷,电动进样时快速迁移到毛细管入口端进行FASI预富集;同时带负电荷的S-GQDs向阳极端迁移,在样品与缓冲溶液的界面处通过静电作用吸附样品离子,S-GQDs作为载体使检测信号进一步放大。实验考察了缓冲溶液中S-GQDs的体积分数、缓冲溶液的组成及pH、进样时间等因素对富集分离效果的影响。当缓冲溶液的pH为4.6时,进样时间可延长至450 s。同常规电动进样(10 kV×10 s)相比,采用FASI与S-GQDs双重放大技术可使检测灵敏度提高1.6×10^(5)倍。该方法对三聚氰胺和双氰胺检测的线性范围是1.0×10^(-14)~1.0×10^(-8)mol/L,相关系数(r^(2))大于0.999,检出限分别为2.6×10^(-15)和5.7×10^(-15)mol/L。实现了对盐酸二甲双胍中三聚氰胺和双氰胺的高灵敏检测,回收率分别为95.9%~102.4%和92.0%~106.0%,相对标准偏差(RSD)小于5%。该方法操作简单,分离效果好,准确度高,重现性好,适用于分离检测不同盐酸二甲双胍制剂中的三聚氰胺和双氰胺。

氮硫共掺杂石墨烯量子点荧光探针检测博莱霉素

以柠檬酸和硫脲为原料,用水热法合成了具有荧光性能的氮硫共掺杂石墨烯量子点(NS-GQDs),并对其进行了表征。单链DNA(ssDNA)可通过p-p堆叠作用吸附在NS-GQDs表面,导致荧光信号降低,以Fe^(2+)为辅助因子时,博莱霉素能够不可逆地切割ssDNA,荧光信号恢复。基于以上原理,开发了检测博莱霉素的荧光传感器。方法的线性范围为1.8~1200 nmol/L,检出限为0.25 nmol/L。应用于人体血清样品中博莱霉素的含量检测,结果满意。

CuO-NSG的制备及其在非酶葡萄糖传感器中的应用

采用氮和硫共掺杂石墨烯(NSG)作为固定CuO纳米颗粒的新型载体材料,并将获得的CuO-NSG作为电催化葡萄糖氧化(EGO)的催化剂应用于非酶葡萄糖传感器,解决EGO催化剂的稀缺性和高成本性。结果表明,NSG赋予CuO-NSG大的表面积,且NSG和CuO之间存在强界面耦合。由于NSG的显著效果和NSG与CuO的协同效应,CuO-NSG显示出比CuO和CuO-还原氧化石墨烯(RGO)更高的EGO活性。基于CuO-NSG的传感器显示出优异的葡萄糖感测性能,表现出1722μA·mmol-L^-1·cm^-2的高灵敏度和0.07μmmol·L^-1的低检测限及在实际样品分析中的选择性、再现性、稳定性和可行性的良好检测性能。

Ag_(3)PO_(4)-NSG光催化剂的制备及其光催化抗菌性能

以氮硫掺杂石墨烯(NSG)和磷酸银(Ag_(3)PO_(4))为原料,采用沉淀法制备了新型Ag_(3)PO_(4)-NSG光催化剂,并对其光催化灭活大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的性能进行了探究.利用XRD、XPS、SEM及TEM等对制备样品的晶体结构,元素种类,形貌特征以及分子结构进行了表征,结果表明Ag_(3)PO_(4)-NSG复合光催化剂的成功合成.此外还考察了溶液pH对光催化抗菌的影响,溶液pH为7.0时,复合材料的灭菌效率最高.NSG的引入有助于电子-空穴对的高效分离和活性物质的生成,从而使Ag_(3)PO_(4)-NSG具有出色的光催化消毒效果.与单独NSG和Ag_(3)PO_(4)相比,Ag_(3)PO_(4)-NSG对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出最高的消毒活性,在光照35 min下,可将全部大肠杆菌(7.87 log)和金黄色葡萄球菌(7.80 log)灭活.4次的重复性实验结果也证明了该光催化剂具备较好的稳定性.根据能带结构分析和活性组分分析实验,提出了Ag_(3)PO_(4)-NSG催化剂的光催化消毒机制.Ag_(3)PO_(4)-NSG催化剂对水净化材料的设计和应用具有一定的指导意义.

猝灭-恢复型电化学发光传感器测定抗坏血酸的研究

制备了氮硫掺杂石墨烯量子点(NSGQDs),并将其修饰在金电极表面。基于NSGQDs良好的电化学发光(ECL)特性,以其为探针,进一步将铜-金属有机框架(Cu-MOF)修饰于该电极表面,构建了猝灭-恢复型ECL传感器用于抗坏血酸的高灵敏检测。由于NSGQDs表面存在大量氨基,当Cu-MOF存在时,NSGQDs的ECL信号猝灭;加入抗坏血酸后,Cu-MOF从NSGQDs表面自动脱落,NSGQDs的ECL信号得以恢复。NSGQDs的ECL信号恢复值与抗坏血酸浓度在0.1~40μmol/L之间呈良好的线性关系,检出限为3.2 nmol/L。该法已用于血样中抗坏血酸的测定,并进一步研究了人血液中抗坏血酸24 h的药代动力学规律。