大的应用潜力。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氢气参数如图，也可以生长出基本没有缺陷的三维石墨烯图为此条件下生长的三维石墨烯的拉曼图谱，从中可以看出，即使在生长时不同氢气，得到的三维石墨烯也没有缺陷。因此，最终生长氮掺杂三维石墨烯的参数如图。学号密级武汉大学本科毕业论文设计氮掺杂三维石墨烯的制备及其在多巴胺传感中的应用院系名称化学与分子科学学院专业名称化学基地班学生姓名张涛指导教师付磊教授二四年五月郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名日期摘要近年来，三维石墨烯及其复合材料被广泛应用于电化学传感器中。由于三维石墨烯具有较高的比表面积良好的导电性及电化学窗口，使得基于三维石墨烯的电化学传感器对多种重要的生物分子如，葡萄糖，多巴胺等的检测具有较好的性能。与本征的三维石墨烯相比，氮掺杂三维石墨烯具有更高的电子转移效率以及更好的生物相容性，因而在生物分子的检测方面有着更好的应用前景。本论文用化学气相沉积法制得了氮掺杂三维石墨烯，通过控制生长参数，得到了掺杂量最大的氮掺杂三维石墨烯。将制得的氮掺杂三维石墨烯应用于多巴胺的检测，表现出了良好的性能。通过与环糊精的复合，这种基于氮掺杂三维石墨烯的电极对多巴胺的灵敏度高达，线性范围为目录第章绪论氮掺杂三维石墨烯简介三维石墨烯简介氮掺杂三维石墨烯简介氮掺杂三维石墨烯的制备方法还原氧化石墨烯法化学气相沉积法氮掺杂三维石墨烯的表征方法扫描电子显微镜拉曼光谱射线光电子能谱氮掺杂三维石墨烯的应用简介论文选题与研究思路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法制备氮掺杂三维石墨烯的原理氮掺杂三维石墨烯的法制备生长刻蚀和清洗氮掺杂三维石墨烯的表征扫描电子显微镜拉曼光谱射线光电子能谱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氨气流量对掺杂量的影响温度对氮掺杂的影响降温过程对氮掺杂的影响第三章氮掺杂三维石墨烯在多巴胺传感中的应用绪论多巴胺多巴胺简介电化学测定多巴胺的研究进展环糊精环糊精简介环糊精的应用环糊精氮掺杂三维石墨烯复合材料电极的制备及其传感机理复合材料电极的制备复合材料的表征复合材料的传感机理环糊精氮掺杂三维石墨烯复合材料的多巴胺传感性能氮掺杂三维石墨烯复合材料的优势复合材料对不同浓度的多巴胺的响应电极反应的控制过程研究对传感性能的影响第四章总结与展望结论参考文献致谢第章绪论氮掺杂三维石墨烯简介三维石墨烯简介石墨烯作为种新型的碳材料，具有优异的电学热学光学特性以及良好的结构柔性，这得益于其独特而完美的二维蜂窝状晶体结构，。例如，石墨烯具有超高的载流子。这种氮掺杂三维石墨烯在其他生物分子的电化学传感中可能也具有较好的应用前景。关键词氮掺杂三维石墨烯化学气相沉积环糊精多巴胺高灵敏度传感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由脱氢位点，从而有助于生长出缺陷很小的石墨烯。图三维石墨烯的生长参数生长过程不通氢气。图氮掺杂三维石墨烯的生长参数生长过程不同氢气。综上，在基底上生长石墨烯时，在退火和生长过程都需要引入氢气。因此，初步生长氮掺杂三维石墨烯的参数如图。然而，按照这个参数生长氮掺杂三维石墨烯时，氮掺杂石墨烯并不能在泡沫表面均匀的生长。这是由于在氮掺杂三维石墨烯的生长过程中引入了氨气，氨气在高温下分解会产生氢气，与此同时，甲烷分解也会产生氢气。以上两个分解反应都是可逆的，因此，如果反应体系中氢气过多，这不利于这两个反应的进行，从而使得中溶解的以及表面吸附的都会降低，因而无法生长出均匀的氮掺杂三维石墨烯。在图的生长参数的基础上，不断减少生长过程中氢气的流量。实验结果表明，随着氢气流量的不断减少，氮掺杂石墨烯在泡沫表面生长得越来越均匀。对比实验表明，即使在生长时不通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