第1章概述  001

1.1水體中的污染物和危害  003

1.1.1環境有機污染物  003

1.1.2重金屬污染物  004

1.1.3微生物污染物  005

1.2大氣中的污染物和危害  005

1.3環境污染物的分析方法  006

1.3.1傳統的分析方法  007

1.3.2傳感分析方法  008

1.4二維納米材料在環境監測領域的應用  010

1.4.1二維納米材料的發展趨勢  013

1.4.2二維納米材料的結構與性能關繫  014

1.4.3二維納米材料在環境監測的應用優勢  016

1.5總結和展望  016

參考文獻  017



第2章二維納米材料的結構與性質  019

2.1引言  019

2.2二維納米材料的結構  021

2.2.1石墨烯族  021

2.2.2過渡金屬硫屬化物  024

2.2.3金屬氫氧化物  025

2.2.4金屬有機框架化合物  026

2.2.5第素  026

2.2.6MXenes  027

2.2.7金屬單質  028

2.3二維納米材料的性質  028

2.3.1力學性能  029

2.3.2表面化學性質  030

2.3.3生物兼容性  032

2.3.4電學性質  033

2.3.5光學性質  035

2.4總結和展望  036

參考文獻  037



第3章二維納米材料的制備和表征方法  040

3.1引言  040

3.2二維納米材料的制備方法  040

3.2.1自上而下法  042

3.2.2自下而上法  047

3.3二維納米材料的表征方法  049

3.3.1X射線衍射光譜  049

3.3.2拉曼光譜  050

3.3.3紫外可見吸收光譜  051

3.3.4能譜分析  052

3.4總結和展望  053

參考文獻  054



第4章基於二維納米材料的環境污染物傳感分析法  056

4.1引言  056

4.2環境污染物傳感分析法的原理和分類  057

4.2.1電化學傳感分析法  058

4.2.2熒光傳感分析法  058

4.2.3光電傳感分析法  059

4.2.4電化學發光傳感分析法  060

4.2.5比色傳感分析法  060

4.2.6場效應晶體管傳感分析法  061

4.3環境污染物傳感分析法的性能評估  061

4.3.1選擇性  062

4.3.2靈敏度和檢出限  062

4.3.3穩定性和重現性  063

4.3.4線性範圍  063

4.3.5實用性  063

4.4環境污染物傳感分析法的設計策略  064

4.4.1原子水平修飾  064

4.4.2分子水平修飾  066

4.4.3混合維度的納米復合材料  069

4.5總結和展望  071

參考文獻  071



第5章環境污染物的電化學傳感分析法  073

5.1引言  073

5.2電極反應的一般過程  076

5.2.1電極/溶液界面的質量傳遞  077

5.2.2電極/溶液界面的電荷傳遞  078

5.2.3電極材料的電化學性質表征  078

5.3二維TMDC基電化學傳感器  082

5.3.1水體中重金屬離子的檢測  083

5.3.2水體中有機物的檢測  094

5.3.3水體中細菌的檢測  095

5.4石墨烯族基電化學傳感器  096

5.4.1水體中重金屬離子的檢測  097

5.4.2水體中有機物的檢測  098

5.4.3水體中微生物的檢測  101

5.5MXene基電化學傳感器  102

5.5.1水體中亞硝酸鹽的檢測  103

5.5.2水體中有機物的檢測  103

5.5.3水體中重金屬離子的檢測  104

5.6總結和展望  105

參考文獻  106



第6章環境污染物的熒光傳感分析法  111

6.1引言  111

6.2石墨烯族基熒光傳感器  113

6.2.1水體中重金屬離子的檢測  114

6.2.2水體中抗生素的檢測  115

6.2.3水體中有機農藥的檢測  117

6.2.4水體中藥物的檢測  118

6.2.5水體中細菌的檢測  119

6.3二維TMDC基熒光傳感器  120

6.3.1水體中重金屬離子的檢測  120

6.3.2水體中有機物的檢測  122

6.3.3水體中細菌的檢測  122

6.4二維過渡金屬氧化物基熒光傳感器  123

6.4.1水體中有機物的檢測  124

6.4.2水體中氧活性物質的檢測  125

6.5二維MOF基熒光傳感器  126

6.5.1水體中重金屬離子的檢測  126

6.5.2空氣中VOCs的檢測  127

6.5.3水體中抗生素的檢測  128

6.6總結和展望  129

參考文獻  129



第7章環境污染物的比色傳感分析法  133

7.1引言  133

7.2石墨烯族基比色傳感器  136

7.2.1水體中重金屬離子的檢測  136

7.2.2水體中有機物的檢測  137

7.2.3水體中氧活性物質的檢測  138

7.3二維TMDC基比色傳感器  139

7.3.1水體中有機物的檢測  140

7.3.2水體中氧活性物質的檢測  141

7.4二維過渡金屬氧化物基比色傳感器  143

7.4.1水體中有機物的檢測  143

7.4.2水體中致病菌的檢測  144

7.5二維MOF基比色傳感器   144

7.5.1水體中有機物的檢測  145

7.5.2水體中氧活性物質的檢測  145

7.6二維金屬基比色傳感器  148

7.6.1水體中有機物的檢測  149

7.6.2水體中氧活性物質的檢測  150

7.7總結和展望  151

參考文獻  152



第8章環境污染物的光電傳感分析法  156

8.1引言  156

8.2石墨烯族基光電傳感檢測器  161

8.2.1水體中重金屬離子的檢測  161

8.2.2水體中有機物的檢測  164

8.2.3水體中微生物的檢測  168

8.2.4水體中無機非金屬離子的檢測  169

8.3二維TMDC基光電傳感檢測器  170

8.3.1水體中有機物的檢測  170

8.3.2水體中致病菌的檢測  172

8.4二維過渡金屬氧化物基光電傳感器  172

8.4.1水體中重金屬離子的檢測  173

8.4.2水體中有機物的檢測  173

8.5MXene基光電傳感檢測器  175

8.5.1水體中重金屬離子的檢測  175

8.5.2水體中有機物的檢測  176

8.6總結和展望  177

參考文獻  177



第9章環境污染物的電化學發光傳感分析法  180

9.1引言  180

9.2石墨烯族基電化學發光傳感器  184

9.2.1水體中重金屬離子的檢測  184

9.2.2水體中有機物的檢測  186

9.2.3水體中致病菌的檢測  188

9.2.4水體中氧活性物質的檢測  189

9.3MXene基電化學發光傳感器  190

9.4二維MOF基電化學發光傳感器  191

9.5磷烯基電化學發光傳感器  192

9.6二維TMDC基電化學發光傳感器  193

9.6.1水體中過氧化物的檢測  194

9.6.2水體中有機物的檢測  196

9.7總結和展望  196

參考文獻  196



第10章環境污染物的場發射晶體管傳感分析法  199

10.1引言  199

10.2石墨烯族基場發射晶體管傳感器  204

10.2.1水體中重金屬離子的檢測  205

10.2.2水體pH檢測  206

10.2.3水體中細菌的檢測  207

10.3二維TMDC基場發射晶體管傳感器  209

10.3.1水體中重金屬離子的傳感檢測  211

10.3.2空氣中氮氧化物的傳感檢測  212

10.3.3空氣中VOCs的傳感檢測  214

10.4總結和展望  216

參考文獻  216

自從2004年Geim和Novoselov因石墨烯的發現獲得諾貝爾物理學獎後，石墨烯、類石墨烯二維納米材料廣受人們關注。這類新興的材料具有諸多優良的理化性質，在環境、能源等領域大放異彩。與之相關的科學研究論文或文獻被大量報道，然而介紹二維納米材料在環境分析領域應用的著作屈指可數，特別是中文著作。筆者的研究工作主要關於二維納米材料制備、表征、功能化及其在環境分析領域的應用。根據筆者愚見，有必要將二維納米材料的發展動態及其在環境分析領域的研究成果整理成書，與讀者共享。

本書共分10章。第1章主要介紹水體和大氣中的污染物和危害、環境污染物的分析方法以及二維納米材料在環境監測領域的應用。新興的傳感檢測法及其各自的優缺點。第2章主要介紹二維納米材料的結構與性質，這些性質決定了二維納米材料在傳感領域的應用。第3章主要介紹二維納米材料的制備和表征方法，制備方法會直接影響二維納米材料的理化性質；表征方法主要集中在檢測二維納米材料的厚度，因為二維納米材料的電子結構依賴於厚度。第4章主要介紹基於二維納米材料的環境污染物傳感分析法。第5章主要介紹環境污染物的電化學傳感分析法。第6章主要介紹環境污染物的熒光傳感分析法。第7章主要介紹環境污染物的比色傳感分析法。第8章主要介紹環境污染物的光電傳感分析法。第9章主要介紹環境污染物的電化學發光傳感分析法。第10章主要介紹環境污染物的場發射晶體管傳感分析法。上述六種傳感分析法所分析的環境污染物主要集中在重金屬離子、抗生素、致病菌、無機鹽、氣態的氮氧化物、氧化活性物質、揮發性有機物（VOCs）等。

本書可作為環境工程及其相關專業的教學用書或者環境分析化學領域的科研參考書，本書收錄了大量的研究進展，包括筆者和其他研究人員的研究工作，具有一定的參考價值。相信本書的出版有利於促進二維納米材料及其環境監測應用的發展。

本書的順利完成要特別感謝國家自然科學基金（52000059）、南京市留學人員創新擇優資助項目（B2004803）和中央高校基本科研業務費專項資金（2019B02414和2019B44214）資助。此外，本書的出版得到了大連理工大學工業生態與環境工程*重點實驗室的資助（No. KLIEEE-18-02）和河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發*重點實驗室的大力支持，在此一並表示感謝。

筆者學識有限，書中難免有不足之處，敬請讀者專家批評指正。



甘小榮

於河海大學

2020年5月