[发明专利]负载型石墨烯基纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型石墨烯基纳米复合材料及其制备方法和应用，以质子化氮化碳作为纳米桥，将其负载到石墨烯基纳米材料上得到所述的复合材料，其步骤为：（1）超声下，采用氧化石墨固体制备氧化石墨烯的水悬浮液；（2）加入质子化氮化碳到氧化石墨烯的水悬浮液中超声均匀；（3）加入FeCl₃·6H₂O和聚乙烯吡咯烷酮到步骤（2）所述悬浮液中搅拌均匀；（4）迅速进行水热反应；（5）洗涤、干燥后即得到所述的纳米复合材料。该纳米复合材料是一种利用科学综合纳米金属氧化物原位生长和氧化石墨烯同步还原及质子化氮化碳与石墨烯同步自组装技术的一锅水热组装方法，合成步骤简单、高效，易于大量制备，特别适用于作为亚硝酸盐的电化学催化侦测与分析。

技术领域

本发明涉及一种功能化石墨烯纳米材料及其制备方法和应用，特别是一种可以作为电化学传感材料的质子化氮化碳作为纳米桥的负载型石墨烯基纳米复合材料及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

随着经济水平的不断提高，环境问题也成为人们生活中的困扰。在日常生活中，空气、水、食物是人类生存的必需品，而水和食物中存在大量有害物质，因此对于其中有害物质的检测是很有必要的。亚硝酸盐广泛应用于农业、工业、食品制造中，因此对其含量的精确快速检测成为预防和消除危害的重中之重。

电化学传感器检测技术，可以将在电极表面发生的化学反应转化为电信号直观的表现出来，起到传感作用，其对特定化学物质的灵敏度高。相对于现有其他检测手段，电化学传感器具有明显的优越性。普通的裸电极无法满足人们对高灵敏度检测多种物质的需求，在电极表面修饰不同活性物质以提高电极对于特定化学物质的催化效果，使得传感器整体更为灵敏。由于纳米材料的引入可以大大提高电化学传感器的性能。构建新型纳米材料修饰的电化学传感器现已成为本领域的研究热点。

石墨烯（Graphene），作为新型的二维纳米材料，拥有高电导率、宽电位窗、在大多数电解质中拥有良好的化学稳定性以及表面易再生的优点，这为寻求理想的纳米结构提供了重要的渠道。氮化碳（g-C₃N₄）拥有较高的化学稳定性。g-C₃N₄是由三均三嗪或均三嗪结构单元通过氨基基团聚合而成的片状结构。C₃N₄具有大量阳离子吸附位点。但其在电化学方面的应用较少，这是由于材料分散性较差、尺寸较大、导电性较差等缺点，严重限制了其在电化学方面的应用。而经过硝酸处理的氮化碳表示为H-C₃N₄，具有小尺寸，且具有一定的导电性，可以与石墨烯耦合作为复合基底。

赤铁矿（Fe₂O₃），作为一种带隙（Eg=2.2 eV）较窄的n型金属氧化物半导体材料，由于成本低、无毒性，易于生产和储存的特点受到了极大的关注。在催化剂、燃料、磁性材料、气体传感器、生物传感器和锂离子电池中具备广泛应用而被深度开发研究。石墨烯，H-C₃N₄与 Fe₂O₃的协同作用可以赋予材料新的特性使得材料针对不同需求具有不同的潜在的应用。而在现有技术中，构建三元复合材料往往需要复杂的工艺，浪费了大量了人力，物力，三废较高。 因而，利用简单技术实现多元组分构建纳米传感亦成为目前最重要和最具挑战的工作之一。（1. L. Cui, T. Pu, Y. Liu, X. He, Electrochim. Acta 88 (2013) 559-564. 2. J. Jiang, W. Fan, X. Du, Biosens. Bioelectron. 51 (2014) 343-348）。

但在上述方法中，合成步骤操作繁琐，需要多步复杂操作，难于工业化大规模生产，且三废较多。

发明内容

本发明针对现有技术存在的操作繁琐、复杂，三废较大等不足，提供一种质子化氮化碳作为纳米桥的负载型石墨烯基纳米复合材料及其制备方法。