石墨烯复合膜实现水体中有机污染物高效去除及高灵敏检测

​随着全球人口的快速增长,农业及工业活动频繁,导致水环境中各种有机污染物含量大幅增加,对环境与人体健康都将造成灾难性影响。因此,开发有效检测及去除水中污染物的新材料与新技术一直是研究的焦点。基于氧化石墨烯膜的分离技术是解决水环境问题最显著的方法之一,已被成功应用于净化及去除水体环境中有机污染物。然而由于氧化石墨烯膜对污染物的饱和吸附,使得自身重复利用性差,因此构建具有循环利用能力的复合膜至关重要。

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石墨相氮化碳(g-C3N4)因其独特的性质如可见光吸收效率高、热稳定性好、化学稳定性高等,已被用作高效光催化剂;并且其与氧化石墨烯作用可有效减少光生的电子-空穴对的复合,提高可见光的利用效率。受此启发,江苏师范大学的渠陆陆副教授与美国莱斯大学的Pulickel M. Ajayan教授课题组通过在氧化石墨烯片层中嵌入金纳米颗粒与双层氮化碳构建了一种集富集、检测和催化性能于一体的新型多功能复合膜,实现了环境有机污染物的高效移除和高灵敏检测。该膜通过π-π堆积与静电相互作用对有机污染物有良好的预浓缩能力,表现出高灵敏表面增强拉曼散射(SERS)活性,而且电子-空穴分离效率高,表现出较高的催化活性。将复合膜用于检测罗丹明6G,检测限达5.0 × 10-14 M,并且吸附物可被光催化降解为无机分子,实现了膜的“自清洁”,达到了膜循环利用的目的。此外,通过检测低于nM的4-氯苯酚进一步了证明复合膜优越的SERS活性及循环应用能力。

该复合膜拓展表面增强拉曼散射在实际检测分析中的应用,为循环拉曼增强基底的构建提供了一种新的思路,同时为有效移除及检测水体中有机污染提供了新的研究策略。相关成果发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201701714)

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