[发明专利]一种硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，特指一种硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料的制备方法及其用途，本发明制备的硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料可以应用于光电化学检测领域，尤其可以用于光电化学检测啶虫脒。

背景技术

在碳材料中，石墨稀是由sp²杂化碳原子构成的超薄二维网结构，作为一种由单层碳原子密集排列成的二维蜂窝晶格结构的碳材料，石墨烯具有导电性能好、比表面积大和电子转移速率快等优点。N、B等元素容易被掺杂到石墨稀中，但是与B和N相比，S掺杂是非常特别的，S原子半径远远大于C原子，且C(2.55)和S(2.58)之间的电负性相差太小，不能在C-S复合物内提供明显的电荷转移，因此，化学掺杂S到石墨稀中似乎相当困难。然而，理论计算表明，掺杂S原子后会扭曲石墨稀的结构，从而提升石墨烯的性能，所以，在石墨稀中掺入S原子是至关重要的。中国专利(CN201310080785.3)公开了一种对石墨烯进行硫掺杂的方法：提供石墨烯，将所述石墨烯置于化学气相沉积反应腔中；采用惰性气体对所述反应腔进行通气及排气处理；于500～1050℃下通入硫源气体对所述石墨烯进行硫掺杂；于氢气及惰性气体气氛中对所述反应腔进行降温。该方法操作较繁琐，且所采用的化学气相沉积法对设备要求高。

石墨烯/金属氧化物纳米复合材料具有良好的分散性和稳定性，这些特性使其有望用于电化学传感器的构建并用于实际测定研究。ZnO是一种具有压电和光电特性的半导体材料，ZnO在常温下的禁带宽度为3.37eV，是典型的直接带隙宽禁带半导体材料，具有极大应用价值。此外，ZnO还具有很多其他半导体不具备的明显优势，如：无毒无害，对环境没有破坏；具有可控的多种纳米结构，制备方法多样化；成膜性能良好，能在较宽的温度窗口下生长；良好的亲生物性等。因此，ZnO能够用于光电器件，在紫外探测、光信息存储、信号探测等领域有着广阔的应用前景。

啶虫脒是氯化烟酰亚胺类新型高效杀虫剂，其已被广泛用于杀灭许多害虫。啶虫脒低浓度下会影响蜜蜂对刺激的灵敏度以及损伤蜜蜂的长期记忆。另外，体外实验中啶虫脒显示出了对人体外周血淋巴细胞的基因毒性以及细胞毒性，表明了啶虫脒会诱发DNA损伤。因而有必要研究掌握该杀虫剂的有效检测方法，达到有效监控其在环境中残留，减少对于益虫及人类危害的目的。一些传统的分析方法包括荧光(中国专利CN201410320883.4)，荧光法要求所用的材料本身要有荧光性质；又如气相(GC)，液相(LC)，高效液相(HPLC)，酶联免疫方法也已被用于啶虫脒的检测。尽管这些分析方法较为灵敏和准确，但是它们的实际应用仍然受一些因素限制，如样品预处理步骤复杂，仪器昂贵，过程耗时，需要专业人员等。

针对现有技术的不足，本发明以无机物硫酸锌为硫源和锌源，通过简单的煅烧方法实现S元素掺杂到石墨烯的同时，还能够实现ZnO在硫杂石墨烯表面的负载，制备出硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料，同时进一步的结果表明，该复合材料能够在室温下长期稳定存在。该材料可以应用于光电化学技术能够快速，灵敏、准确的检测啶虫脒，相比于其他检测方法，本发明制备的硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料在与光电化学结合下检测啶虫脒具有材料无需具有荧光特性，样品预处理步骤简单，仪器价格低廉，过程简单，耗时短，灵敏度高等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料的一步反应的制备方法，该方法能够简单地实现硫原子在石墨烯表面的掺杂，同时还实现了氧化锌纳米颗粒在硫杂石墨烯表面的负载。进一步地，通过该方法制备的硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料可用作光电化学灵敏检测啶虫脒。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将固体氧化石墨烯溶解到蒸馏水中，配成氧化石墨烯水溶液；

步骤2、将硫酸锌溶解到步骤1的氧化石墨烯水溶液中，得到氧化石墨烯/硫酸锌混合溶液，超声混匀；

步骤3、将步骤2的氧化石墨烯/硫酸锌混合溶液干燥，得到氧化石墨烯/硫酸锌固体混合物；

步骤4、将步骤3的氧化石墨烯/硫酸锌固体混合物转入充满惰性气体的密封装置中，将密封装置移入管式加热炉中升温并恒温煅烧，冷却至室温，将煅烧产物取出，最终得到硫杂石墨烯/氧化锌纳米复合材料。

上述步骤1中，氧化石墨烯、蒸馏水、硫酸锌用量比为10～40mg:20mL:4～80mg。

上述方案中，氧化石墨烯、蒸馏水、硫酸锌用量比为10mg:20mL:4mg。