[发明专利]一种硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法，将氧化石墨烯分散在水中制得氧化石墨烯分散液，然后向氧化石墨烯分散液中加入氨硼烷，进行水热反应，得到硼氮共掺杂还原氧化石墨烯水凝胶，经过洗涤、冷冻干燥后，得到硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶。本发明还公开了上述制得的硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶在汞离子检测中的应用。本发明制得的硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶与核酸适配体、荧光基团共同构建的传感方法，对汞离子的检测具有高灵敏度、高选择性，可以用于水体中微量汞离子的定量检测。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

汞（Mercury，Hg），又称水银，原子序数80，是一种大密度，银白色、室温下为液态的过渡金属，毒性较强。自工业革命以来，汞在全球大气、水和土壤中的含量已经增加了3倍左右，特别是工业区附近的土壤、大气、水体，这严重污染着人类的生活环境。不仅纯汞有毒，其化合物和盐的毒性大多数都非常高。例如甲基汞，进入人体后遍布全身各器官组织中，侵害神经系统，特别是中枢神经系统，对大脑和小脑造成不可逆的损伤。当进入水体之后，汞可与水中的各种离子、分子、配体等形成络合物，二价汞离子Hg²⁺会与蛋白质和酶中的巯基反应生成牢固的巯汞键，改变蛋白质尤其酶的结构和功能，使细胞结构紊乱，导致人体组织器官病变。

由于汞及其衍生物的巨大毒性和危害，世界卫生组织已将其列为首要考虑的污染物，并规定饮用水中汞的最高限量为6.0 ppb。目前常用的水体中汞的检测方法包括：原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。以上方法均能满足对水体中重金属汞检测的灵敏度要求，但普遍存在仪器设备昂贵复杂、样品预处理过程繁琐耗时、对分析人员技术要求高、检测成本高等问题，从而导致检测费时费力，不利于实现现场快速分析。在生态环境中，痕量的汞离子总是伴随着数倍乃至数万倍的其他金属离子，因此检测方法的高选择性是十分必要的。因此，探索具有高灵敏度的快速分析方法对水体中重金属汞污染的检测仍具有重大意义。

由于部分富含胸腺嘧啶的寡核苷酸链对汞离子具有特异性识别作用，基于此原理可以采用对汞离子具有特异性识别的核酸适配体对汞离子进行快速实时检测，该方法具有选择性强、稳定性高及合成成本较低等优势。其中，基于氧化石墨烯和核酸适配体-荧光基团复合物的传感方法具有简单、经济、快速及灵敏性较高的优势，受到广泛的研究关注。但是，现有的基于基于氧化石墨烯和核酸适配体-荧光基团复合物的传感方法仍存在选择性不高、灵敏度不足的问题，需要对其检测汞离子的能力作出改进。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。

本发明提出的一种硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氧化石墨烯分散在水中制得氧化石墨烯分散液，然后向所述氧化石墨烯分散液中加入氨硼烷，进行水热反应，得到硼氮共掺杂还原氧化石墨烯水凝胶；

S2、将所述硼氮共掺杂还原氧化石墨烯水凝胶洗涤后，进行冷冻干燥，得到硼氮共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶。

优选地，所述氧化石墨烯与氨硼烷的质量比为1：（5-7）。

优选地，所述氧化石墨烯水分散液的浓度为1-3mg/mL。

优选地，所述水热反应的反应温度为160-180℃，反应时间为10-14h。

优选地，所述氧化石墨烯是以石墨粉为原料，采用Hummer法制备氧化石墨，再进行超声剥离制得。

优选地，所述氧化石墨烯的制备方法如下：