采用原位化学氧化聚合法制备石墨烯/金纳米/聚吡咯(G/AuNPs/PPy)纳米复合材料,并在其表面进行DNA的固定及杂交.使用傅里叶变换红外光谱、X-射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜及透射电子显微镜对复合材料的化学结构、元素组成和表面形貌进行表征,DNA固定及杂交前后复合材料电化学性能和质量的变化运用电化学循环伏安、交流阻抗和石英晶体微天平等方法测试,结果表明,G/AuNPs/PPy复合材料电化学性能明显优于G/AuNPs二元材料,且DNA在复合材料表面的固定量可达307 ng,同时能检测到357 ng完全匹配靶向DNA.

采用氧化还原法制备出三维石墨烯,在对其氨基功能化的基础上,利用静电吸附作用,将单链DNA固定在氨基化三维石墨烯(G-NH₂)表面,通过与重金属离子(Ag⁺,Hg²⁺,Cu²⁺)配合形成双链DNA.采用TEM和SEM对三维石墨烯进行表征,同时利用AFM和XPS对G-NH₂固定DNA前后的表面形貌和化学元素组成进行测试.结果表明氨基化三维石墨烯表面比较平整光滑,XPS的信号峰发生变化证明了DNA已成功地固定到G-NH₂上.采用电化学交流阻抗法(EIS)对DNA固定和重金属离子检测前后三维石墨烯自组装膜的电化学性能变化进行分析.结果表明,DNA固定后及重金属离子检测前后,膜的界面电荷转移电阻值均发生明显变化.本文制备的三维石墨烯材料可用作电化学生物传感器敏感膜以吸附生物分子,并可同时进行多种重金属离子的检测.

综观国内外对石墨烯基/金纳米复合材料的研究,其制备方法主要分为液相法和固相法,其中,液相化学还原法以其简单、高效而多为研究者所采用.在生物传感器应用方面,石墨烯基/金纳米复合材料用于检测重金属离子和目标蛋白质等.如何大规模制备结构、厚度和尺寸可控的高质量石墨烯,有效地控制纳米粒子尺寸从而提高纳米粒子在石墨烯片上分散均匀性,以及拓展石墨烯基/金纳米复合材料用于生物传感器的应用领域是亟待解决的问题.

采用原位水热氧化还原法制备了MnO₂/石墨烯/聚噻吩(MnO₂/G/PTh)三元复合材料.使用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合材料的形貌和结晶性进行了表征,运用电池测试系统考察了材料的充放电性能.结果表明,复合材料中石墨烯表面有球状MnO₂生长,大颗粒聚噻吩的缝隙中也存在有球状MnO₂.合成的MnO₂/G/PTh复合材料,经过20次循环后电极材料的比容量基本都能保持在300 mAh/g左右,其中组比为20:1:0.67的复合材料首次充放电效率达到46.5%,放电容量最高.MnO₂/G/PTh复合材料的充放电稳定性及库伦效率均高于MnO₂.

采用水热法制备壳聚糖-聚乙烯醇复合水凝胶，利用扫描电镜观察其表面形态，通过吸附试验和解吸试验分别考察其对水溶液及土壤溶液中总砷的吸附及解吸性能.结果表明：所制壳聚糖-聚乙烯醇复合水凝胶是一种比表面积较大且具有较多孔隙的材料，孔隙直径为10~60 μm；该水凝胶对水溶液及土壤溶液中的总砷均有较好的去除能力，对水溶液，每g水凝胶吸附3.976 mg砷，对土壤溶液，每g水凝胶吸附3.480 mg砷；该水凝胶对总砷的解吸率较高，可重复利用，对水溶液和土壤溶液中的总砷解吸率分别为74.7%~81.4%和64.1%~77.0%.这说明，利用壳聚糖-聚乙烯醇复合水凝胶可以有效去除水体和土壤中的总砷.

通过溶液蒸发铸膜法制备壳聚糖膜及离子液体/壳聚糖复合膜.利用傅里叶红外光谱仪、原子力扫描探针显微镜和动态热机械分析等测试手段分析了样品的结构、形貌和动态力学性能.结果表明,壳聚糖中加入离子液体形成复合膜,离子液体加入壳聚糖不仅是简单的物理混合,两者之间有氢键等作用力存在;离子液体对壳聚糖膜结晶形貌有较大影响,纯壳聚糖膜结晶为细长针状,且分散均匀,样品表面比较平整;加入离子液体后,呈球形颗粒状,且随着其加入量的增多,颗粒尺寸呈先增大后减小的趋势.当加入量为20%时,颗粒尺寸最大,表面粗糙度达267.74 nm;复合膜的储能模量达到最大,约是纯壳聚糖膜储能模量的1.5倍;但离子液体的加入并未明显改变其玻璃化转变温度.