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摘 要：石墨相氮化碳（g-C3N4）材料以其价格低廉、无毒、易制备以及优异的物理化学特性等特点而被广泛地应用到传感领域。作为具有巨大应用前景的传感材料，氮化碳基传感器的开发设计和相关应用引起了广大的关注。本文就氮化碳基传感器在生物传感和重金属离子检测传感这两个方面的研究进展进行了相关综述，并对氮化碳基传感器未来发展的挑战和前景进行了展望。
关键词：石墨相氮化碳;传感器;研究进展
1 前言
石墨相氮化碳（g-C3N4）以其独特的电子结构、较大的比表面积、合适的带隙等优异物理化学特性在光催化、储能以及传感等领域都得到了非常广泛的应用。目前，关于石墨相氮化碳材料的應用研究和相关文章综述更多的是集中在光催化领域，而关于传感领域方面的研究综述却很少。此外，没有经过改性的石墨相氮化碳由于其本身较差的导电性和较少的化学活性位点使其在传感领域的应用比较局限。因此，本文从g-C3N4纳米材料的改性设计及其在传感领域应用上的相关研究进展进行了综述，并针对氮化碳基传感器未来发展的挑战和应用前景进行了展望，为氮化碳基传感器的应用设计提供一定的研究思路。
2 氮化碳基传感器的应用
2.1生物传感的应用
石墨相氮化碳（g-C3N4）材料由于其优异的光电化学活性和生物相容性而被广泛应用到生物传感领域，国内外有关氮化碳基传感器在生物传感方面的应用研究不少。Zhang [1]等合成了氮化碳纳米片-氧化石墨烯的复合物，并制备了灵敏度高、线性范围宽的CNNS-GO/GCE修饰电极，实现了对混合溶液中的抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时测定，此外，将该修饰电极用于人体尿液和多巴胺注射样品的检测中得到了令人满意的结果。Yen-Linh Thi Ngo等人[2]通过简单水热法制备了具有高度生物相容性的苯基硼酸官能化的石墨氮化碳量子点（g-CNQDs / PBA），并将其应用到荧光传感检测葡萄糖中，对于葡萄糖分子的检出限达到16 nM。此外，g-CNQDs / PBA还具有极好的选择性、较低的毒性以及效果显著的生物成像性能，在生物医学和临床诊断中具有一定的应用前景。胡雪桃等人[3]通过构建氮化碳量子点和金纳米簇复合纳米荧光探针（CNQD-AuNCs），其中AuNCs可以有效吸附在氮化碳量子点的表面，由于胰蛋白酶能够破坏CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白而引起荧光猝灭，进而实现了该纳米复合探针对人体尿液中胰蛋白酶的高灵敏检测。石墨相氮化碳骨架上的吡啶氮单元可以提供优越的氮活性位点从而吸附多种金属离子以及葡萄糖等小分子物质，进而对这些物质进行有效的传感检测。
2.2重金属离子传感的应用
g-C3N4材料在重金属离子中的传感检测主要集中在氮化碳基荧光传感、光电化学传感以及伏安传感器的设计和应用。Wang等人[4]报道了氧硫共掺杂g-C3N4量子点荧光探针的制备，掺杂后的g-C3N4量子点在水中具有更好的色散性和稳定性，从而提高了对Cu2+的灵敏度。此外，还有研究学者制备了g-C3N4量子点和Bi2MoO6纳米粒子的纳米杂化复合材料，根据Cu2+与纳米杂化复合材料的N和O官能团之间的螯合作用，大大提高了该传感器对Cu2+的光电化学检测。Zhang等人[5]探索了超薄的g-C3N4纳米片制备的g-C4N3/GCE伏安传感器的应用，实现了对Hg2+的超痕量检测，且该传感器的高选择性和稳定性在实际水样中得到了很好的验证。经过改性处理的g-C3N4由于增大的其比表面积、修饰上大量的含氧官能团、增强的光吸收等优异物理化学特性使其在重金属离子传感上的应用进一步扩大。
3 结语
总体而言，石墨相氮化碳（g-C3N4）因其独特的理化性质、形态、电学和光学特性在传感领域具有广阔的应用前景，而g-C3N4的改性处理大大提高了它的实际应用范围。因此，制备出高比表面积、高活性位点等优异理化性质的氮化碳材料仍是提高其传感领域应用范围所要面临的主要挑战之一。此外，可开发与贵金属掺杂或复合同比增强光电活性的过渡金属/氮化碳杂化物材料，以降低氮化碳基传感器的开发设计成本。
参考文献
[1]Zhang H Q，Huang Q T，Huang Y H，et al.Graphitic carbon nitride nanosheets doped graphene oxide for electrochemical simultaneous determination of ascorbic acid，dopamine and uric acid[J].Electrochimica Acta，2014，142：125–131.
[2]Yen-Linh Thi Ngo，Choi W M，Chung J S，et al.Highly biocompatible phenylboronic acid-functionalized graphitic carbon nitride quantum dots for the selective glucose sensor[J].Sensors and Actuators B：Chemical，2019，282：36-44.
[3]胡雪桃，石吉勇，李艳肖，等.基于氮化碳量子点和金纳米簇的尿液中胰蛋白酶高灵敏度荧光检测研究[J].光谱学与光谱分析，2019，39（9）：2901-2906.
[4]Wang H Y，Lu Q J，Li M X，et al.Electrochemically prepared oxygen and sulfur co-doped graphitic carbon nitride quantum dots for fluorescence determination of copper and silver ions and biothiols[J].Analytica Chimica Acta，2018：121-129.
[5]Zhang J L，Zhu Z W，Di J W，et al.A sensitive sensor for trace Hg2+ determination based on ultrathin g-C3N4 modifified glassy carbon electrode[J].Electrochim.Acta，2015，186：192-200.
关键词：石墨相氮化碳;传感器;研究进展
1 前言
石墨相氮化碳（g-C3N4）以其独特的电子结构、较大的比表面积、合适的带隙等优异物理化学特性在光催化、储能以及传感等领域都得到了非常广泛的应用。目前，关于石墨相氮化碳材料的應用研究和相关文章综述更多的是集中在光催化领域，而关于传感领域方面的研究综述却很少。此外，没有经过改性的石墨相氮化碳由于其本身较差的导电性和较少的化学活性位点使其在传感领域的应用比较局限。因此，本文从g-C3N4纳米材料的改性设计及其在传感领域应用上的相关研究进展进行了综述，并针对氮化碳基传感器未来发展的挑战和应用前景进行了展望，为氮化碳基传感器的应用设计提供一定的研究思路。
2 氮化碳基传感器的应用
2.1生物传感的应用
石墨相氮化碳（g-C3N4）材料由于其优异的光电化学活性和生物相容性而被广泛应用到生物传感领域，国内外有关氮化碳基传感器在生物传感方面的应用研究不少。Zhang [1]等合成了氮化碳纳米片-氧化石墨烯的复合物，并制备了灵敏度高、线性范围宽的CNNS-GO/GCE修饰电极，实现了对混合溶液中的抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时测定，此外，将该修饰电极用于人体尿液和多巴胺注射样品的检测中得到了令人满意的结果。Yen-Linh Thi Ngo等人[2]通过简单水热法制备了具有高度生物相容性的苯基硼酸官能化的石墨氮化碳量子点（g-CNQDs / PBA），并将其应用到荧光传感检测葡萄糖中，对于葡萄糖分子的检出限达到16 nM。此外，g-CNQDs / PBA还具有极好的选择性、较低的毒性以及效果显著的生物成像性能，在生物医学和临床诊断中具有一定的应用前景。胡雪桃等人[3]通过构建氮化碳量子点和金纳米簇复合纳米荧光探针（CNQD-AuNCs），其中AuNCs可以有效吸附在氮化碳量子点的表面，由于胰蛋白酶能够破坏CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白而引起荧光猝灭，进而实现了该纳米复合探针对人体尿液中胰蛋白酶的高灵敏检测。石墨相氮化碳骨架上的吡啶氮单元可以提供优越的氮活性位点从而吸附多种金属离子以及葡萄糖等小分子物质，进而对这些物质进行有效的传感检测。
2.2重金属离子传感的应用
g-C3N4材料在重金属离子中的传感检测主要集中在氮化碳基荧光传感、光电化学传感以及伏安传感器的设计和应用。Wang等人[4]报道了氧硫共掺杂g-C3N4量子点荧光探针的制备，掺杂后的g-C3N4量子点在水中具有更好的色散性和稳定性，从而提高了对Cu2+的灵敏度。此外，还有研究学者制备了g-C3N4量子点和Bi2MoO6纳米粒子的纳米杂化复合材料，根据Cu2+与纳米杂化复合材料的N和O官能团之间的螯合作用，大大提高了该传感器对Cu2+的光电化学检测。Zhang等人[5]探索了超薄的g-C3N4纳米片制备的g-C4N3/GCE伏安传感器的应用，实现了对Hg2+的超痕量检测，且该传感器的高选择性和稳定性在实际水样中得到了很好的验证。经过改性处理的g-C3N4由于增大的其比表面积、修饰上大量的含氧官能团、增强的光吸收等优异物理化学特性使其在重金属离子传感上的应用进一步扩大。
3 结语
总体而言，石墨相氮化碳（g-C3N4）因其独特的理化性质、形态、电学和光学特性在传感领域具有广阔的应用前景，而g-C3N4的改性处理大大提高了它的实际应用范围。因此，制备出高比表面积、高活性位点等优异理化性质的氮化碳材料仍是提高其传感领域应用范围所要面临的主要挑战之一。此外，可开发与贵金属掺杂或复合同比增强光电活性的过渡金属/氮化碳杂化物材料，以降低氮化碳基传感器的开发设计成本。
参考文献
[1]Zhang H Q，Huang Q T，Huang Y H，et al.Graphitic carbon nitride nanosheets doped graphene oxide for electrochemical simultaneous determination of ascorbic acid，dopamine and uric acid[J].Electrochimica Acta，2014，142：125–131.
[2]Yen-Linh Thi Ngo，Choi W M，Chung J S，et al.Highly biocompatible phenylboronic acid-functionalized graphitic carbon nitride quantum dots for the selective glucose sensor[J].Sensors and Actuators B：Chemical，2019，282：36-44.
[3]胡雪桃，石吉勇，李艳肖，等.基于氮化碳量子点和金纳米簇的尿液中胰蛋白酶高灵敏度荧光检测研究[J].光谱学与光谱分析，2019，39（9）：2901-2906.
[4]Wang H Y，Lu Q J，Li M X，et al.Electrochemically prepared oxygen and sulfur co-doped graphitic carbon nitride quantum dots for fluorescence determination of copper and silver ions and biothiols[J].Analytica Chimica Acta，2018：121-129.
[5]Zhang J L，Zhu Z W，Di J W，et al.A sensitive sensor for trace Hg2+ determination based on ultrathin g-C3N4 modifified glassy carbon electrode[J].Electrochim.Acta，2015，186：192-200.