石墨烯以其独特的二维结构、优异的电学性能和良好的生物相容性,在导电复合材料和电化学传感器领域获得了广泛的关注。但是,石墨烯及其功能化衍生物在组装成宏观体时,面临易于团聚、掺量高、分散性差的关键问题,使其优异的功能特性无法得到充分发挥。石墨烯片层的空间伸展构筑对于高效提升导电性具有重要意义。本论文从石墨烯的导电网络构筑及其在电化学检测中的应用出发,针对不同的应用需求,构筑了具有特定形态的石墨烯导电网络,构建了具有高检测灵敏度的血红蛋白及葡萄糖电化学传感器。取得的主要研究进展如下:(1)石墨烯导电网络的构筑:利用水凝胶材料显著的体积膨胀/收缩特性,实现了氨基化石墨烯(G-NH2)在聚丙烯酸钠(PAAS)微球表面的高效包覆,制备了具有高导电性能、低掺量的氨基化石墨烯/聚丙烯酸钠复合导电微球(PAAS@G-NH2)。采用化学接枝改性方法获得的G-NH2片层结构完整,电导率高达502.75 S/cm;利用PAAS分子链溶胀过程中形成的链间空隙以及PAAS分子链的电负性,使带正电的G-NH2在浓度梯度和静电引力的作用下,渗透到溶胀微球的表面及芯部。在PAAS脱水收缩过程中,石墨烯微片之间相互聚集搭接并形成导电网络。PAAS@G-NH2的电阻低至34Ω,主要归功于PAAS的溶胀/收缩特性、G-NH2和PAAS之间强的相互作用以及石墨烯之间的高效连通网络。(2)石墨烯梯度网络结构的自组装:利用氧化石墨烯(GO)的高温还原和自组装效应,首次采用梯度温度场制备出具有孔结构梯度和功能性梯度的石墨烯泡沫(GGF)。研究表明GO在梯度温度场中经历了不同程度的还原,从而形成了具有梯度分布的相互作用以及孔隙结构特征。Micro-CT和光学显微镜图像表明该石墨烯泡沫的孔径呈梯度渐进变化。EDS、XPS、FT-IR、Raman、XRD表明石墨烯泡沫的含氧官能团分布以及片层间距亦随处理温度与还原程度呈线性变化。接触角测试表明石墨烯泡沫的接触角从顶部的84.5°到底部的123°梯度变化,展示了具有不同亲水、疏水功能性的梯度特性。(3)石墨烯传感器的构筑及对血红蛋白的高灵敏度检测:利用GO在电化学还原过程中可选择性保留羧基、去除环氧和羟基的特性,将这种电化学处理的GO(ERGO)在玻碳电极表面进行修饰,利用ERGO的羧基对血红蛋白的吸附和变构作用,同时结合ERGO的高效电子传输能力,实现了对血红蛋白的高灵敏度检测。该电极对血红蛋白的检测灵敏度高达22.71μA·μM-1,检测限低至5.29 nM,具有很好的稳定性。这主要归功于ERGO对血红蛋白的吸附、变构作用和ERGO较高的导电性。(4)石墨烯传感器的构建及对葡萄糖浓度的高灵敏度检测:提出了氧化石墨烯和功能化石墨烯的叠层结构设计思想,利用氧化石墨烯对葡萄糖氧化酶(GOD)高的吸附特性、功能化石墨烯的高导电特性,实现了对GOD的大量担载和对葡萄糖的高灵敏检测。使用石墨烯叠层结构制备的电化学葡萄糖传感器,GOD的担载量高达3.80×10-9 mol·cm-2,对葡萄糖的检测灵敏度高达46.71 μA·mM-1·cm2。这种优异的传感特性归功于GO表面的丰富官能团、FG的高导电性以及石墨烯的叠层结构和电极之间的强相互作用。利用构筑的梯度石墨烯泡沫作为电极材料实现了对葡萄糖的检测。端部含富氧基团的石墨烯可大量担载GOD并与葡萄糖进行电化学反应,其另一端部的高还原度的石墨烯可实现对电子的高效传递。由于该梯度结构的石墨烯将GOD担载与高效电子传输特性进行了有效整合,突破了传统传感器材料不同功能层之间的两相界面阻碍效应,从而显著提高了对GOD的担载以及电子传输能力。这种基于石墨烯泡沫的葡萄糖传感器,对GOD的担载量为5.86× 10-9 mol·cm-2,灵敏度高达8.43μA·mM-1,在2-40 mM的浓度区间内能够对葡萄糖进行线性检测。这种高性能归功于GGF的梯度还原程度和梯度孔径在GOD担载和电子传输中发挥的有益作用。这种新型生物传感器具有在医学诊断领域获得广泛应用的潜力与发展前景。