的应用，因而受到了科学家们的广泛关注。

制备氮掺杂三维石墨烯的方法通常有还原氧化石墨烯法和法。

氮掺杂三维石墨烯的制备方法还原氧化石墨烯法氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物。

可将氧化石墨烯视为种非传统型态的软性材料，它具有聚合物胶体薄膜，以及两性分子的特性。

通常的制备氧化石墨烯的方法是将石墨氧化从而得到含有多种含氧基团的氧化石墨烯，因而有望在电化学生物传感器中有所应用。

然而，关于氮掺杂三维石墨烯在电化学生物传感方面的应用还鲜有报道。

因此，研究氮掺杂三维石墨烯在电化学生物传感器中的应用对拓宽氮掺杂三维石墨烯的应用范围具有重要的意义。

论文选题与研究思路生物传感器是种将特定生物分析物的浓度转换为可测量的信号的分析器件，它般由生物识别分子例如酶抗体等等和信号转换器如电极光转换器压电转换器等组成。

其中，将生物分析物的浓度转换为电信号的器件便被称为电化学生物传感器。

相比其他生物传感器，电化学生物传感器具有选择性好灵敏度高分析速度快成本低等优点。

自年以来，碳材料在电分析以及电催化领域有着广泛的应用。

例如，碳纳米管在生物传感器生物燃料电池以及聚合物电解质膜燃料电池中具有较好的性能。

与碳纳米管相比，石墨烯具有更好的电催化活性以及更高的导电性。

相比其他碳材料，石墨烯还具有更高的比表面积，可以提供更多的电化学反应位点。

因此，在电化学领域，石墨烯比其他碳材料具有更好的应用前景。

近年来，石墨烯已被广泛地应用电化学生物传感器中。

研究表明，石墨烯对些酶如葡萄糖氧化酶等具有良好的电子传递，对些生物小分子如乙醇等也具有很高的催化活性。

由于石墨烯优异的性质，基于石墨烯的电化学生物传感器往往具有更高的灵敏度和信噪比。

年，新加坡南洋理工大学的张华课题组首次将三维石墨烯直接制成电极用于检测多巴胺，这种新颖的三维电极在多巴胺的电化学传感中表现出了很高的灵敏度和极低的检出限。

这是由于三维石墨烯比传统的二维石墨烯具有更高的比表面积以及更好的导电路径。

由此可知，在电化学生物传感器中，三维石墨烯具有非常广阔的应用前景。

年，中国科学院化学研究所的刘云圻课题组首次用法制得了氮掺杂石墨烯，氮掺杂有效的改变了本征石墨烯的电子性质。

研究表明，氮掺杂石墨烯比本征的石墨烯具有更高的电子传导效率以及更好的生物相容性。

因此，在电化学生物传感器中，氮掺杂石墨烯比本征石墨烯具有更好的应用潜力。

法制备氮掺杂三维石墨烯已有报道，这种氮掺杂三维石墨烯表现了良好的电化学性能。

氮掺杂三维石墨烯有机的结合了氮掺杂以及三维结构的双重优势，在电化学生物传感器中有望表现出更加优越的性能。

因此，探索氮掺杂三维石墨烯在电化学生物传感器中的应用具有重要的意义。

然而，目前还很少有人探索氮掺杂三维石墨烯在电化学生物传感器中的应用。

本文介绍了法制备氮掺杂三维石墨烯的基本流程，并简述了氮掺杂三维石墨烯在多巴胺的电化学传感中的应用。

第二章氮掺杂三维石墨烯的制备基本仪器与原理实验仪器与材料化学气相沉积系统，扫描电子显微镜激光共聚焦拉曼光谱仪，射线光电子能谱分析仪，泡沫爱蓝天高新技术材料大连有限公司，面密度孔隙率气体，无水三氯化铁化学纯浓盐酸分析纯国药集团化学试剂有限公司法制备氮掺杂三维石墨烯的原理图法在基底上生长石墨烯的原理示意图。

法制备氮掺杂三维石墨烯以泡沫作为生长基底，基底上生长石墨烯遵循渗碳析碳机制甲烷在高温下分解产生碳原子，生成的碳原子与形成固熔体，冷却时过饱和的碳在表面析出，从而形成石墨烯如图。

传统法通常以箔作为生长基底，因而制得的石墨烯具有二维平面结构，而这种平面结构极大的限制了石墨烯的应用范围。

而中科院金属所的成会明课题组创新性地以具有三维孔道结构的泡沫作为生长基底，采用法制得了具有三维孔道结构的石墨烯网络简称三维石墨烯，拓宽了石墨烯的物性。

在三维石墨烯的生长过程中，如果在甲烷分解的过程中引入氨气，则氨气会在泡沫的催化下分解生成氮原子，生成的氮原子会吸附在泡沫表面的活性位点上，在冷却的过程中，这些氮原子便会与析出的碳原子结合从而形成氮掺杂石墨烯。

由于生长基底是具有三维网状结构的泡沫，因而得到的便是具有三维孔道结构的氮掺杂石墨烯网络简称氮掺杂三维石墨烯。

氮掺杂三维石墨烯的法制备生长将泡沫裁剪成的方片，取片放入到石英舟中，将石英舟放入石英管中，拧紧石英管两端的法兰，通入气体，设定炉的升温程序，开始加热。

生长时的气体流量与温度设定如图图法生长氮掺杂三维石墨烯的气体流量与温度参数。

待温度降到左右时，关闭气体，松开法兰，取出石英舟。

刻蚀和清洗待样品冷却到室温以后，将样品浸入到的溶液中，刻蚀左右。

待基底被完全刻蚀以后，用的将三维石墨烯清洗次，再用超纯水清洗次，用，聚对苯二甲酸乙二醇酯将三维石墨烯载起，在室温下晾干。

氮掺杂三维石墨烯的表征扫描电子显微镜图为的氮掺杂三维石墨烯刻蚀后的图，从图中以看出，法生长的氮掺杂三维石墨烯具有三维网络状结构孔径为。

从高分辨图图中可以看出，氮掺杂三维石墨烯具有光滑的表面，但同时也具有石墨烯所特有的褶皱。

图氮掺杂三维石墨烯的图氮掺杂三维石墨烯的骨架结构氮掺杂三维石墨烯表面的高分辨图。

拉曼光谱图三维石墨烯氮掺杂三维石墨烯的拉曼光谱。

图为法制得的本征三维石墨烯图和氮掺杂三维石墨烯图的光谱图。

从图中可以看出，本征的三维石墨烯基本没有缺陷没有峰，且层数较厚。

随着氮原子的引入，氮掺杂三维石墨烯的拉曼光谱图中出现了缺陷，这使得位于的峰出现了。

同时，缺陷峰的强度与掺杂的量有关，氮含量越大时，峰越高。

因此，通过比较拉曼光谱中的峰强度，可以粗步判断氮掺杂三维石墨烯中氮掺入量的多少。

射线光电子能谱图三维石墨烯的图谱全谱峰峰峰。

图和图分别为三维石墨烯和氮掺杂三维石墨烯的能谱。

对比两者可以发现，相比三维石墨烯的能谱，氮掺杂三维石墨烯的能谱中峰变得更加明显。

通过计算峰峰以及峰的面积，可以精确的得出氮原子在氮掺杂三维石墨烯中所占的比例。

图氮掺杂三维石墨烯的图谱全谱峰峰峰。

氮掺杂三维石墨烯生长条件的优化氢气在氮掺杂三维石墨烯生长过程中的作用在法制备石墨烯的过程中，通常会有个在高温下氢气流中退火的过程。

这有助于除去基底表面的氧化层，此外，退火还有助于清洁表面并使表面结晶。

还有人认为，通氢气退火有助于消除些杂质，如硫磷，这些杂质会引起基底中溶碳量的变化，从而不利于石墨烯的生长。

因此，氢气通常被用来预处理生长基底清洗和优化结晶。

通常是将基底在少量氢气与氩气的混合气退火定的时间。

此外，以作为生长基底时，在甲烷分解的过程中，氢气的表面析出和表面结合还有助于保持表面上烃的自年以来，科学家们已发展出多种制备石墨烯的方法，包括机械剥离法或金属单晶表面外延生长法化学氧化剥离法以及化学气相沉积，法等，。

年，英国曼彻斯特大学的安德烈杰姆和克斯特亚诺沃肖洛夫用机械剥离法首次从石墨中得到了石墨烯。

在此之前，物理学家曾度认为，石墨烯仅仅是种存在于理论中的物质，在现实中不可能稳定存在。

作为首个在实验室中制得石墨烯的方法，机械剥离法此后被广泛用于石墨烯的研究中，同时它也极大的促进了石墨烯领域的发展。

然而，受自身的限制，机械剥离法无法用于大量制备石墨烯。

因此，科学家们发展了多种大量制备石墨烯的方法。

然而，这些方法制得的石墨烯往往都为片状，使得体积比表面积较小，不利于石墨烯在电化学储能催化传感等领域的应用。

为了弥补二维石墨烯的不足，科学家们提出了多种构筑具有三维网状结构的石墨烯的方法。

年，中科院金属所的成会明研究组首次以金属泡沫作为生长基体采用方法成功制备出了高质量的三维石墨烯。

这种三维石墨烯材料兼具三维网络结构和石墨烯独特的物理性质，不仅具有较低的密度定的孔隙率和比表面积，而且还具有优异的电学热学和力学性能，它拓展了石墨烯的物性和应用领域。

因此，这种法制得的三维石墨烯受到了广泛的关注。

它被广泛地应用于柔性器件导热电磁屏蔽超级电容器催化生物传感器等领域。

年，浙江大学高超研究组采用氧化石墨烯制备出石墨烯气凝胶。

这种新型的石墨烯气凝胶是世界上最轻的固体材料。

这种用氧化石墨烯制得的三维石墨烯具有更大的孔隙率和比表面积，因而在吸附以及能量存储领域中有着更好的应用。

随着三维石墨烯的制备方法的不断拓展，它的应用范围也越来越广，已经涉及到复合材料传感药物检测吸附燃料电池染料敏化太阳能电池锂离子电池锂空气电池以及超级电容器等众多领域。

氮掺杂三维石墨烯简介由于氮原子具有与碳原子近似的原子半径，因而它可以作为电子给体取代石墨烯晶格中的碳原子，从而得到氮掺杂石墨烯。

相比本征的石墨烯，氮掺杂石墨烯具有完全不同的性质。

随着氮原子的引入，石墨烯中碳原子的自旋密度以及电荷分布情况会受到相邻氮原子的影响，从而在石墨烯表面产生活性位点，这些活性位点可以催化各种反应的进行。

此外，单层石墨烯经过氮掺杂以后，石墨烯的费米能级会高于狄拉克点，费米能级附近的态密度会受到抑制与此同时，石墨烯导带与价带之间的带隙也会打开，这使得氮掺杂石墨烯有望用于半导体器件中。

氮掺杂石墨烯表现出诸多优良的性能，在场效应晶体管传感器超级电容器锂离子电池燃料电池等领域的应用前景十分广阔。

随着三维石墨烯研究的不断深入，科学家们发现，本征的三维石墨烯活性位点较少，这不利于它在电池传感器以及超级电容器中的应用。

因此，科学家们提出将氮原子引入三维石墨烯的晶格中，制成氮掺杂三维石墨烯，从而提高三维石墨烯表面的活性位点。

氮掺杂三维石墨烯兼具氮掺杂石墨烯以及三维石墨烯的优势，因此在些领域比本征的三维石墨烯具有更好的应用前景。

年，清华大学的石高全课题组用吡咯作为氮源与氧化石墨烯混合制得了氮掺杂三维石墨烯，并将其应用于吸附超级电容器以及催化氧化还原反应中，这种氮掺杂三维石墨烯在这些应用中表现出了良好的性能。

年，温州医科大学的瞿佳研究组通过在法生长三维石墨烯的过程中