Analytical Chemistry:超薄石墨炔/石墨烯二维材料构建电化学检测平台

《背景介绍》

石墨炔（GDY）是继碳纳米管、石墨烯之后由我国首创并命名的新一代碳材料。由于具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、天然的孔洞结构和本征带隙等特征，石墨炔在生长、组装和性能调控等方面表现出巨大优势和先进性，在电化学传感领域具有广阔的应用前景。石墨炔的富炔结构和高度的π共轭使其能够通过d-π和π-π相互作用对重金属离子和含π键污染物分子表现出很强的亲和力。然而，块状GDY的低比表面积和较差的导电性限制了其电化学性能。

研究的主要内容

为了解决这一问题，青岛科技大学隋凝、朱之灵和王丽娜教授以石墨烯为液相外延模板，合成了二维超薄石墨炔/石墨烯（GDY/G）纳米结构。在此结构中，石墨炔起到吸附层的作用，通过d -π和π -π相互作用对目标物表现出很强的亲和力，同时石墨烯起到导电层的作用，解决了石墨炔导电性差的问题，实现了Cd²⁺, Pb²⁺, nitrobenzene和4-nitrophenol的检测。该研究成果近期以题为《Ultrathin graphdiyne/graphene heterostructure as a robust electrochemical sensing platform》发表在美国化学会分析化学领域期刊Analytical Chemistry，2022, 94, 39, 13598–13606。https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c03387

此外，通过π-π相互作用将酶催化基序的关键部分hemin固定在GDY/G上。Hemin/GDY/G修饰电极具有良好的抗坏血酸和尿酸检测性能。并进一步验证了该电化学传感器作为可穿戴生物传感器的可行性。

小结

综上所述，GDY/G异质结构的合成的解决了GDY导电性差的问题，成功的用于电化学传感器，对重金属离子和毒性的有机污染物电化学检测展现出优良的选择性和灵敏性。同时，将酶固定到GDY/G的表面后实现了抗坏血酸和尿酸的电化学检测，并且将其设计成柔性器件，成功的用于人体汗液的实时检测。GDY/G电化学平台的建立为环境污染物和医学检测提供了新的电极材料。