近期，中国科学院智能所陈星副研究员和博士生杨猛通过对氧化石墨烯的氨基功能化实现了强毒性污染物As(III)的高灵敏度、高抗干扰检测，同时，该工作利用XPS及XANES技术初步探索了NH2/GO用作电极材料检测As(III)所表现的增强电化学性能的原因。相关成果已发表在Elsevier《Sensors and Actuators B: Chemical》杂志上(Sensors and Actuators B 245 (2017) 230–237)。
近年来，尽管石墨烯类的纳米材料已应用于污染物As(III)的电化学分析检测，并取得了一定的研究成果，然而，检测的灵敏度及检出限仍无法满足实际水样中痕量As(III)的准确及可靠的分析。此外，在利用溶出伏安法检测As(III)时，由于不同的重金属离子之间能形成金属间的化合物及在富集过程中不同的重金属离子在修饰的电极表面的吸附会产生竞争，从而对As(III)的检测带来严重的干扰，因此，抗干扰性是亟待解决的问题。更为重要的是石墨烯类纳米材料检测As(III)所表现出优异的电化学性能的机制需要探究。
针对以上所存在的问题，结合金丝微电极的优势（传质迅速、充电电流小、高电流密度及较薄的扩散层），研究人员分别利用氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）、氨基功能化的氧化石墨烯（NH2/GO）以及氨基功能化的还原氧化石墨烯（NH2/RGO）修饰的金丝微电极探究了对As(III)分析检测的电化学性能，研究结果表明NH2/GO修饰的金丝微电极检测As(III)表现出了高的检测灵敏度及高抗干扰性能。同时，利用X-射线光电子能谱（XPS）技术及X射线吸收近边结构谱（XANES）初步探索了NH2/GO用作电极材料检测As(III)所表现的增强的电化学性能的原因，XPS结果表明NH2/GO对As(III)具有很好的吸附性能，在溶出伏安分析的富集阶段能够富集更多的As(III)，从而还原沉积更多的As(0)到电极表面，进而在溶出过程中获得增强的电化学信号。XANES结果表明As(III)吸附在NH2/GO表面基本上保持原有价态，而在NH2/RGO表面大部分的As(III)被氧化成As(V)，不利于其在金丝微电极表面进行氧化还原反应。因此，NH2/GO修饰的金丝微电极分析检测As(III)表现出更优异的电化学性能。最后，所提出的方法用来检测内蒙古托克托县地下水中的As(III)并获得准确的检测结果与满意的回收率，表明该分析方法具有检测实际水样中含有的污染物As(III)的应用潜力。
该研究工作得到了中国科学院创新交叉团队、国家自然科学基金等项目及上海同步辐射装置（BL14W1线站）的支持。
文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400517301466
图1：a)与c)分别是NH2/GO与NH2/RGO修饰的金丝微电极检测As(III)的溶出伏安响应信号图；b)与d)分别是溶出电流与As(III)浓度相应的线性关系图。
图2：a)与b)分别是GO、RGO、NH2/GO与NH2/RGO吸附As(III)后的As(III)的高分辨XPS谱图与归一化的AsK边XANES谱图。
(供稿:纳米材料与环境检测研究室)
