纳米材料是指一个或多个维度尺寸在1-100nm的材料。近20年来,纳米材料在不同领域都掀起了研究热潮。在分析化学领域,纳米材料的广泛应用极大地促进了分析技术向更灵敏、更快速、更高通量、更微型化的方向发展,为解决现有分析化学的难题提供了强有力的工具。
石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料。理想的单层石墨烯厚度仅为一个原子,碳原子这间以sp2杂化的方式连接。石墨烯具有很多优异性能,包括超大比表面积(理论值2630m2·g-1)、高机械强度(如杨氏模量约1000GPa)、高电子迁移速率(200000cm2·V-1·s-1)以及高热导率(5000W·m-1·K-1)等。这些性质使其在能源、电子、生物医学、复合材料等领域都具有极大的应用潜力。在能源方面,石墨烯被认为是硅晶体的理想替代品,可被用于多种电子器件的制造;在生物医学领域,石墨烯可作为治疗药物的载体从而实现药物的靶向输送与定点释放;在复合材料领域,石墨烯可提高现有材料的稳定性、机械强度和光电性能等。
在分析化学领域,石墨烯同样展现了巨大的应用潜力。石墨烯可在电化学传感中作为电极增敏材料,亦可在样品前处理中作为高效富集材料,还可在光化学检测中构建新型光学探针等。与同属碳纳米材料的碳纳米管(CNTs)相比,石墨烯具有一些更独特的性质。从结构上来看,石墨烯可认为是由碳纳米管展开而得到,因此,二维结构的石墨烯能够提供更多的有效面积用于吸附或与目标分子相互作用。此外,石墨烯的制备方法更加灵活,在制备过程中引入的杂质也更少。
近年来,石墨烯已被广泛应用于环境分析化学,并且表现出了一些显著优于传统材料的性能。特别是石墨烯的π电子共轭结构和疏水性质往往能够提供额外的亲和力从而增强其与环境有机污染物的相互作用。本文对近期石墨烯在环境有机污染物分析中的应用研究进展做了简要的回顾。事实上,石墨烯已在不同类型化合物(如有机物、重金属、生物分子等)的分析中都得到了应用,在此仅关注了以有机污染物为分析对象的一些代表性应用,希望能藉此管中窥豹,对石墨烯在环境分析中的应用前景作一个展望。