隨著工業化的進展和環境污染的加劇，環境中存在的重金屬、有毒氣體、農藥殘留、酚類有機污染物等日益增多。2008年云南省文山州富寧縣衡昆高速公路發生一起交通事故，事故造成33.6t粗酚泄漏，對下游25km處的廣西白色水庫造成威脅；2009年河南6個城市堆放52萬t鉻渣數十年，以致持久性污染；龍江鎘污染事件是2012年第一起震驚全國的重金屬污染事件，也是2012年中國城市水源地的第一次告急。此外，汽車尾車中含有的CO、NO和碳氫化合物等有害氣體充斥著交通環境；各種殺蟲劑、農藥等對環境和人體造成了不同程度的危害……環境污染事件的頻頻發生，使環境監測顯得越來越重要，對環境監測技術的要求也越來越高。

　　傳統的環境監測通常采用離線、實驗室分析方法，分析速度慢，操作復雜，分析儀器大且昂貴，無法進行現場快速分析和連續在線監測。電化學傳感器以成本低、易攜帶、多功能等優點在環境監測領域的應用日益廣泛。鑒于對電化學傳感器的靈敏度要求越來越高，很多納米材料如碳納米管、納米金屬顆粒、碳纖維、多孔納米材料等被廣泛用于電化學傳感器構建，其中石墨烯作為一種新型的納米材料對電化學傳感器起到了很好的增敏作用。

　　石墨烯具有六邊形晶格組成的二維晶體的結構，這種結構可以看作是一層被剝離的石墨片層，碳原子之間是sp2雜化。石墨烯是形成其他維數炭質材料（如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨）的基本單元。石墨烯的柔韌性跟塑料包裝一樣好，可以隨意彎曲、折疊或者像卷軸一樣卷起來。不過，它比鉆石還硬，在室溫下比任何一種介質的導電性都要好。石墨烯獨特的結構使其顯示出不同尋常的性質。作為一種重要的材料，石墨烯在基礎研究及設備研發方面都得到了廣泛的應用。由于石墨烯具有大的比表面積、良好的生物相容性、較高的導電性，被廣泛應用到電化學傳感器的構建。

　　電化學傳感器在食品安全、生物分析、生命醫學、環境監測等方面得到了高度重視和廣泛應用。筆者主要綜述近幾年來國內外基于石墨烯構建的電化學傳感器在環境監測領域的發展。

　　1基于石墨烯構建的電化學傳感器

　　1.1石墨烯的合成及功能化

　　大規模制備高質量的石墨烯晶體材料是所有應用的基礎，發展簡單可控的化學制備方法是最為方便、可行的途徑，這需要化學家們長期不懈的探索和努力。Novoselov等人最初采用“微機械力分裂法”，即通過機械力從石墨晶體表面剝離石墨烯片層并轉移到氧化硅等載體表面上。雖然這種方法可以制備微米大小的石墨烯，但是其可控性較低，難以實現大規模合成。通過加熱SiC單晶表面，Berger等人在SiC表面上外延生長石墨烯結構，這種擔載的石墨烯可以通過光刻過程直接做成電子器件。但是由于SiC晶體在高溫加熱過程中表面容易發生重構，導致表面結構較為復雜，難以得到面積大、厚度均一的石墨烯。相比較而言，化學氣相沉積法提供了一條有效可控的合成和制備石墨烯薄膜的途徑。以金屬單晶或金屬薄膜為襯底，在其表面上暴露并高溫分解含碳化合物可以生成石墨烯結構，通過襯底的選擇、生長的溫度、前驅物的暴露量等生長參數能夠對石墨烯的生長進行調控。另外化學或熱還原法也可以大量生產石墨烯。將石墨烯功能化，是將石墨烯進行化學改性、摻雜、表面官能化以及合成石墨烯的衍生物。如金屬納米粒子功能化的石墨烯，增強了石墨烯的導電性；合成磺酸化的石墨烯提高了石墨烯的水溶性，進一步提高了石墨烯在電極表面的成膜性；合成N摻雜的石墨烯，由于氮元素有高的電子云密度，將N元素摻雜于石墨烯中，進一步改善了石墨烯的導電性；另外還有制備的光學性質較好的卟啉石墨烯。將功能化石墨烯作為修飾電極基底材料，大大提高了修飾電極的導電性以及表面積，用此種修飾電極構建一系列電化學傳感器，提高了傳感器的靈敏度、穩定性和重現性。

　　1.2電化學傳感器

　　傳感器主要由敏感器(分子識別元件)、信號轉換器(換能器)和電子線路三部分組成。電化學傳感器是一類特殊的傳感器，是利用生物識別元件、信號轉換裝置、數據處理系統和顯示系統結合在一起的分析設備，能夠感受特定的被測量物質并按照一定規律將其轉換成可識別的電信號，通過對電信號進行處理，監測出被測物質及其濃度。

　　1.3石墨烯用于電化學傳感器的構建

　　石墨烯良好的生物相容性這一優點，使其在電化學生物傳感器構建方面得到了廣泛的應用，目前，主要應用于生物分子檢測、癌癥疾病診斷、環境監測等。

　　2基于石墨烯構建的電化學傳感器在環境監測中的應用

　　基于石墨烯構建的電化學傳感器具有體積小、簡便、快速、靈敏度高、重現性好等優點，可對多種環境污染物進行原位在線分析，在環境監測中具有十分廣闊的應用前景。

　　2.1重金屬監測

　　環境中的重金屬是不可降解的污染物，是一種蓄積性的慢性污染，直接對漁業和農業產生嚴重影響，同時直接或間接地危害人體健康。因此，對環境中的重金屬進行及時、準確的監測十分必要。由石墨烯構建的電化學傳感器在重金屬離子分析中的主要應用見表1：

　　2.2氣體小分子監測

　　研制成本低、靈敏度高、選擇性好的氣敏傳感器是氣體定量控制的主要目標。石墨烯氣敏傳感器的原理是基于設備和氣體分子相互作用時的電導率變化，吸附在石墨烯層的氣體分子作為受體或客體通過引起設備電導的增加或降低來反映被測氣體的濃度。石墨烯能夠在室溫下有選擇性地吸附和解吸附氮氧化合物分子，摻雜NO2分子的化學藥品會改變石墨烯層的導電性，信號的改變可以通過電流—電壓的變化監測。Kim等發現石墨烯吸附氮氧化合物的速率要比解吸附的速率快，這可能是因為吸附主要發生在石墨烯層表面的原因。Yoon等發現不同濃度的CO2吸附到石墨烯表面時能夠不同程度地改變其電導率，由此可以監測環境中的CO2含量。

　　2.3農藥殘留物監測

　　施用于作物上的農藥，其中一部分附著于作物上，一部分散落在土壤、大氣和水等環境中，環境中殘存的農藥中的一部分又會被植物吸收。殘留農藥直接通過植物果實或水、大氣到達人、畜體內，或通過環境、食物鏈最終傳遞給人、畜，對人和動物造成一定的危害。近年來，越來越多的基于石墨烯構建的電化學傳感器用于環境中農藥殘留物的監測。基于乙酰膽堿酯酶可以選擇性地催化底物分解，而其催化活性能具有被有機磷類農藥抑制這一特性，Liu等將乙酰膽堿酯酶固定于羧酸衍生物/石墨烯/金納米粒子修飾的電極，制備了能夠檢測有機磷和氨基甲酸酯農藥殘留物的電化學傳感器，石墨烯對催化響應起到了信號放大的作用。分散于石墨烯中的電還原β-環糊精修飾于電極可以作為吸附劑，對甲基對硫磷起到預濃縮的效果，并且對甲基對硫磷有很好的響應，其得益于β-環糊精/石墨烯復合物大的比表面積、π電子和超好的導電性，甲基對硫磷能通過π-π作用在β-環糊精/石墨烯電極表面提取出來，并呈現很好的富集和很快的電子轉移效果。

　　2.4酚類有機污染物監測

　　環境中的酚污染主要指酚類化合物對水體的污染。含酚廢水是當今世界上危害大、污染范圍廣的工業廢水之一，是環境中水污染的重要來源，對人體、動物和植物具有很大的毒害作用，尤其是在濃度很低時會有很難聞的氣味。杜斌等利用氮摻雜的石墨烯和殼聚糖的復合物構建了雙酚A電化學傳感器，并成功用于水樣中雙酚A的監測。鄰苯二酚與1-芘丁酸琥珀酰亞胺酯分子通過非共價的π-π堆積作用吸附到氧化石墨烯上，酪氨酸酶與1-芘丁酸琥珀酰亞胺酯形成酰胺鍵，組裝到氧化石墨烯上，制得酪氨酸酶/氧化石墨烯納米復合材料。該材料為酩氨酸酶的固定提供了有利的微環境，并且能很好地保持其生物活性，制備的傳感器對鄰苯二酚響應靈敏、快速。氧化石墨烯修飾電極在醋酸-醋酸鹽緩沖溶液中可以增強4-硝基酚的還原峰，并降低其電位。基于此，Li等制備了可用于檢測水樣中4-硝基酚的電化學傳感器。

　　2.5其他電化學傳感器

　　借助石墨烯比表面積大的特點，魏琴等通過酰胺化反應將抗體固定于石墨烯表面，制備了無酶夾心型電化學傳感器并成功用于小清河水質微囊藻毒素分析，該方法為環境毒素監測提供了很好的依據。該課題組還將其與硫堇符合，以增強硫堇傳輸電子的能力，制備了炔諾酮夾心型免疫傳感器，傳感器具有良好的重現性、選擇性和穩定性，為環境雌激素的檢測提供了電化學方法。石墨烯/Au修飾電極對pH變化響應靈敏，基于此，杜海軍等研發了基于石墨烯的pH傳感器。

　　3結束語

　　石墨烯是一種良好的電極修飾材料，在電化學方面的應用仍然存在一定的問題急需解決，比如：石墨烯合成工藝有待改進，以滿足大批量的合成；石墨烯修飾電極的成膜性有待于進一步提高；將石墨烯以增強其生物相容性。石墨烯在制備電化學傳感器方面有很大的發展空間，構建的電化學傳感器可以提高環境監測的效率，增強環境監督的力度，適應現代環境污染監測的需要，在環境監測方面有很大的潛力。隨著科學的發展，石墨烯將會被人們進一步功能化以便更好地發揮它的功能，其構建的傳感器也將會進一步推動環境監測事業的發展和進步。