基于球磨石墨烯原位复合MOFs的高灵敏电化学传感策略

来源：X一MOL资讯

由于金属有机框架（MOFs）化合物独特的结构优势，诸如大的比表面积，高的孔隙率以及可调控的孔结构等，其在电化学传感领域展现了巨大的应用潜力。近年来，将MOFs与其它材料，例如多壁碳纳米管、多孔碳、金属纳米颗粒和导电聚合物等多种材料复合，被证实是一种能够改善其电化学性能的有效策略。其中，石墨烯/MOFs复合物显著的协同效应引起了研究者们的广泛关注。现有的石墨烯/MOFs复合物多采用化学剥离法制备的氧化石墨烯（GO）或还原氧化石墨烯（rGO）作为基底材料，然而，化学剥离法具有许多固有的缺点，例如大量有毒化学试剂的使用、危险的制备环境，以及复杂繁琐的操作过程等。

在此背景下，华中科技大学化学与化工学院吴康兵教授和湖北大学材料科学与工程学院吴灿副教授提出了一种简单制备MOFs/球磨石墨烯复合物的方法。相比于化学剥离法制备石墨烯，球磨剥离法更为温和、简便。除此之外，大量研究表明，相比于化学剥离法制备的石墨烯，物理剥离法制备的石墨烯具有更为优异的电化学传感性能。在本工作中，研究者首先通过球磨剥离法获得了高品质的石墨烯纳米片（GS），在石墨烯纳米片存在下，铜离子吸附在GS的表面作为MOFs的成核位点。随后，伴随着配体均苯三酸（H3BTC）的加入，纳米级Cu-BTC颗粒均匀负载在GS表面，从而获得了Cu-BTC@GS复合物。研究发现，与GS相比，Cu-BTC@GS复合物具有更大的比表面积，更高的孔隙率以及更强的电子转移能力。此外，较之单一组分，Cu-BTC@GS复合物对生物小分子（黄嘌呤和次黄嘌呤）以及酚类污染物（双酚A和氯酚）的吸附能力和反应活性也显著提高，显示了更高的响应信号和灵敏度。

基于GS与原位生长的Cu-BTC纳米粒子之间显著的协同效应，他们构建了一种高灵敏度的电化学传感平台，并成功将其应用于多种实际样品（血浆、尿液、电子小票、环境污水）的检测。这项工作为石墨烯基MOFs复合材料的设计和构建提供了新的思路，也有助于开发高性能的电化学传感体系。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是华中科技大学博士研究生李晓宇。

Strategy for Highly Sensitive Electrochemical Sensing: In Situ Coupling of a Metal-Organic Framework with Ball-Mill-Exfoliated Graphene

Xiaoyu Li, Caoling Li, Can Wu, Kangbing Wu

Anal. Chem., 2019, 91, 6043-6050, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00556