二维纳米材料 传感检测与环境监测

自从2004年Geim和Novoselov因石墨烯的发现获得诺贝尔物理学奖，石墨烯、类石墨烯二维纳米材料广受关注。这类新兴的材料具有诸多优良的理化性质，在环境、能源等领域大放异彩。与之相关的科学研究论文或文献被大量报道，然而介绍二维纳米材料在环境分析领域的著作凤毛麟角，特别是中文著作。本书共分10章；第1章主要介绍环境污染物分析的必要性、传统的检测方法、新兴的传感检测法、及其各自的优缺点；第2章主要介绍二维纳米材料结构与性质，这些性质决定了二维纳米材料在传感领域的应用。第3章主要介绍二维纳米材料的制备和表征方法，制备方法会直接影响二维纳米材料的理化性质；表征方法主要集中二维纳米材料的厚度，因为二维纳米材料的电子结构依赖于厚度。第4章主要介绍二维纳米材料基传感分析法及其性能的评估方法。第5章主要介绍二维纳米材料基电化学传感分析法。第6章主要介绍二维纳米材料基荧光传感分析法。第7章主要介绍二维纳米材料基比色传感分析法。第8章主要介绍二维纳米材料基光电传感分析法。第9章主要介绍二维纳米材料基电化学发光传感分析法。第10章主要介绍二维纳米材料基场发射晶体管传感分析法。上述六种传感分析法所分析的环境污染物主要集中在重金属离子、抗生素、致病菌、无机盐、气态的氮氧化物、氧化活性物质、易挥发的有机物质（VOCs）等。

以二维纳米材料的结构-性质-应用为主线，系统介绍了二维纳米材料的制备方法、表征手段和表面功能化策略，及其对结构与性质的影响，重点阐述了二维纳米材料在环境污染物传感分析领域的应用。具体包括污染物分析的必要性，传统的检测法、新型的传感检测法及其各自的优缺点；二维纳米材料结构与性质；二维纳米材料的制备和表征方法，二维纳米材料基传感分析法及其性能的评估方法；环境污染物的电化学传感分析、荧光传感分析、比色传感分析、光电传感分析、电化学发光传感分析以及场发射晶体管传感分析等。本书可作为环境工程及其相关专业的教学用书或者环境分析化学领域的科研参考书。

第1章概述001
1.1水体中的污染物和危害003
1.1.1环境有机污染物003
1.1.2重金属污染物004
1.1.3微生物污染物005
1.2大气中的污染物和危害005
1.3环境污染物的分析方法006
1.3.1传统的分析方法007
1.3.2传感分析方法008
1.4二维纳米材料在环境监测领域的应用010
1.4.1二维纳米材料的发展趋势013
1.4.2二维纳米材料的结构与性能关系014
1.4.3二维纳米材料在环境监测的应用优势016
1.5总结和展望016
参考文献017
第2章二维纳米材料的结构与性质019
2.1引言019
2.2二维纳米材料的结构021
2.2.1石墨烯族021
2.2.2过渡金属硫属化物024
2.2.3金属氢氧化物025
2.2.4金属有机框架化合物026
2.2.5第四主族元素026
2.2.6MXenes027
2.2.7金属单质028
2.3二维纳米材料的性质028
2.3.1力学性能029
2.3.2表面化学性质030
2.3.3生物兼容性032
2.3.4电学性质033
2.3.5光学性质035
2.4总结和展望036
参考文献037
第3章二维纳米材料的制备和表征方法040
3.1引言040
3.2二维纳米材料的制备方法040
3.2.1自上而下法042
3.2.2自下而上法047
3.3二维纳米材料的表征方法049
3.3.1X射线衍射光谱049
3.3.2拉曼光谱050
3.3.3紫外可见吸收光谱051
3.3.4能谱分析052
3.4总结和展望053
参考文献054
第4章基于二维纳米材料的环境污染物传感分析法056
4.1引言056
4.2环境污染物传感分析法的原理和分类057
4.2.1电化学传感分析法058
4.2.2荧光传感分析法058
4.2.3光电传感分析法059
4.2.4电化学发光传感分析法060
4.2.5比色传感分析法060
4.2.6场效应晶体管传感分析法061
4.3环境污染物传感分析法的性能评估061
4.3.1选择性062
4.3.2灵敏度和检出限062
4.3.3稳定性和重现性063
4.3.4线性范围063
4.3.5实用性063
4.4环境污染物传感分析法的设计策略064
4.4.1原子水平修饰064
4.4.2分子水平修饰066
4.4.3混合维度的纳米复合材料069
4.5总结和展望071
参考文献071
第5章环境污染物的电化学传感分析法073
5.1引言073
5.2电极反应的一般过程076
5.2.1电极/溶液界面的质量传递077
5.2.2电极/溶液界面的电荷传递078
5.2.3电极材料的电化学性质表征078
5.3二维TMDC基电化学传感器082
5.3.1水体中重金属离子的检测083
5.3.2水体中有机物的检测094
5.3.3水体中细菌的检测095
5.4石墨烯族基电化学传感器096
5.4.1水体中重金属离子的检测097
5.4.2水体中有机物的检测098
5.4.3水体中微生物的检测101
5.5MXene基电化学传感器102
5.5.1水体中亚硝酸盐的检测103
5.5.2水体中有机物的检测103
5.5.3水体中重金属离子的检测104
5.6总结和展望105
参考文献106
第6章环境污染物的荧光传感分析法111
6.1引言111
6.2石墨烯族基荧光传感器113
6.2.1水体中重金属离子的检测114
6.2.2水体中抗生素的检测115
6.2.3水体中有机农药的检测117
6.2.4水体中药物的检测118
6.2.5水体中细菌的检测119
6.3二维TMDC基荧光传感器120
6.3.1水体中重金属离子的检测120
6.3.2水体中有机物的检测122
6.3.3水体中细菌的检测122
6.4二维过渡金属氧化物基荧光传感器123
6.4.1水体中有机物的检测124
6.4.2水体中氧活性物质的检测125
6.5二维MOF基荧光传感器126
6.5.1水体中重金属离子的检测126
6.5.2空气中VOCs的检测127
6.5.3水体中抗生素的检测128
6.6总结和展望129
参考文献129
第7章环境污染物的比色传感分析法133
7.1引言133
7.2石墨烯族基比色传感器136
7.2.1水体中重金属离子的检测136
7.2.2水体中有机物的检测137
7.2.3水体中氧活性物质的检测138
7.3二维TMDC基比色传感器139
7.3.1水体中有机物的检测140
7.3.2水体中氧活性物质的检测141
7.4二维过渡金属氧化物基比色传感器143
7.4.1水体中有机物的检测143
7.4.2水体中致病菌的检测144
7.5二维MOF基比色传感器144
7.5.1水体中有机物的检测145
7.5.2水体中氧活性物质的检测145
7.6二维金属基比色传感器148
7.6.1水体中有机物的检测149
7.6.2水体中氧活性物质的检测150
7.7总结和展望151
参考文献152
第8章环境污染物的光电传感分析法156
8.1引言156
8.2石墨烯族基光电传感检测器161
8.2.1水体中重金属离子的检测161
8.2.2水体中有机物的检测164
8.2.3水体中微生物的检测168
8.2.4水体中无机非金属离子的检测169
8.3二维TMDC基光电传感检测器170
8.3.1水体中有机物的检测170
8.3.2水体中致病菌的检测172
8.4二维过渡金属氧化物基光电传感器172
8.4.1水体中重金属离子的检测173
8.4.2水体中有机物的检测173
8.5MXene基光电传感检测器175
8.5.1水体中重金属离子的检测175
8.5.2水体中有机物的检测176
8.6总结和展望177
参考文献177
第9章环境污染物的电化学发光传感分析法180
9.1引言180
9.2石墨烯族基电化学发光传感器184
9.2.1水体中重金属离子的检测184
9.2.2水体中有机物的检测186
9.2.3水体中致病菌的检测188
9.2.4水体中氧活性物质的检测189
9.3MXene基电化学发光传感器190
9.4二维MOF基电化学发光传感器191
9.5磷烯基电化学发光传感器192
9.6二维TMDC基电化学发光传感器193
9.6.1水体中过氧化物的检测194
9.6.2水体中有机物的检测196
9.7总结和展望196
参考文献196
第10章环境污染物的场发射晶体管传感分析法199
10.1引言199
10.2石墨烯族基场发射晶体管传感器204
10.2.1水体中重金属离子的检测205
10.2.2水体pH检测206
10.2.3水体中细菌的检测207
10.3二维TMDC基场发射晶体管传感器209
10.3.1水体中重金属离子的传感检测211
10.3.2空气中氮氧化物的传感检测212
10.3.3空气中VOCs的传感检测214
10.4总结和展望216
参考文献216