随着人们生活水平的日益提高,伴随而来的公共健康问题受到了大众广泛的关注。因此,如何快速、精确地分析检测自然环境中污染物和人体内生物有机小分子对环境监测和人体健康具有重要意义。现有的分析方法主要包括:紫外-可见分光光度法、色谱分析法、原子/分子吸收光谱、荧光分析法、化学发光法、拉曼光谱法、电感耦合等离子体发射光谱、电感耦合等离子体质谱以及高效液相色谱等。但是,其中大部分检测方法都需要精密的仪器、复杂的测试程序和专业的样品制备技术,这很大程度上阻碍了它们的实际应用。与上述方法相比,电化学分析方法具有操作方便、仪器简单、快速灵敏、选择性高等优点,因此利用电化学分析方法对环境中的污染物和人体内的生物有机小分子进行检测具有重要的科学意义和实际应用价值。在构建电化学传感器的过程中,电极材料扮演着举足轻重的角色。金属氧化物或双金属层状氢氧化物微纳米材料因具有良好催化性能、强抗氧化能力、材料廉价易得等优点而被广泛地用作电极材料;但是,较差的导电性极大地限制了它们的电化学传感性能。为了解决这一难题,将金属氧化物或双金属层状氢氧化物微纳米材料与具有优良导电性的碳材料(如石墨烯、碳布、泡沫炭等)有效复合构建电化学传感器,不仅能够增加电极材料的导电性和稳定性,而且能够避免在电化学反应过程中电极材料的团聚,可望提高其电化学传感性能。本论文以水体环境中常见的污染物和人体内常见的生物小分子为检测对象,成功地制备出镁铁层状氢氧化物微球/石墨烯复合材料、三氧化二铁纳米棒阵列/泡沫炭复合材料、镍铁层状氢氧化物纳米片阵列/碳布复合材料、以及镍铁层状氢氧化物包覆四氧化三钴纳米线阵列/碳布复合结构材料,并基于它们设计了不同的电化学传感器,分别用于水体中重金属离子、亚硝酸根离子、多巴胺和尿酸的检测,并对它们的检测机理进行了详细探讨。本文的主要内容包括:1、重金属离子被广泛地认为对整个生态系统和人体健康具有极大的危害。因此,设计一种可靠和有效的电化学传感器用于水体中重金属离子的检测具有十分重要的意义。本章中,通过一步水热法成功地制备出花状镁铁层状氢氧化物微球/石墨烯复合材料(MgFe-LDH/graphene)。基于石墨烯的良好导电性和较大比表面积以及镁铁层状氢氧化物对重金属离子超强的吸附能力,此复合材料所修饰的玻碳电极被用于水体中重金属离子Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的同时检测。研究结果表明,所设计的电化学传感器对重金属离子Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的检测限分别为2.7 nM和5.9 nM,均低于世界卫生组织所规定的饮用水中极限值。同时,所设计的电化学传感器还具备较强的抗干扰能力,良好的重现性和重复性。此外,此电化学传感器可成功地用于实际水体中Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的检测,并获得令人满意的回收率。2、亚硝酸根离子对生态安全和公共健康具有极大威胁。因此,迫切需要发展一种简单、快速、低成本的电化学传感器用于水体中亚硝酸根离子的检测。本章中,通过一种简单、廉价的策略成功制备出三维三氧化二铁纳米棒阵列/泡沫炭复合材料(α-Fe2O3NAs/CF)。其中,α-Fe2O3纳米棒阵列具有丰富的电催化活性位点;同时,三维结构的泡沫炭不仅具有良好的导电性,还具有比较大的表面积,为电化学反应过程中的电解质和电荷转移提供了一个良好的平台。基于以上优点,我们直接将所制备的α-Fe203 NAs/CF复合材料作为工作电极用于水体中亚硝酸根离子的检测。研究结果表明,本章所设计的电化学传感器对亚硝酸根离子表现出快速的响应时间(3 s),较宽的线性范围(0.5 μM-1000 μM),较高的灵敏度(116.8 μA·mM-1·cm-2)以及较低的检测限(0.12μM),远低于世界卫生组织所允许的水体中亚硝酸根离子的最高浓度(63 μM)。同时,所设计的电化学传感器还具备较强的抗干扰能力、长期的稳定性和良好的重现性。此外,此电化学传感器还能成功地用于实际水体中亚硝酸酸根离子的检测,并获得令人满意的回收率。3、为了获得更加稳定的电化学传感性能,在第二章的研究基础之上,我们选择商业碳布作为基底,通过一步水热法将镍铁层状氢氧化物原位地生长在碳布表面,从而获得镍铁层状氢氧化物纳米片阵列/碳布复合材料(NiFe-LDH NSAs/CC)。基于碳布的良好导电性和镍铁层状氢氧化物纳米片所具备的良好催化性能,此复合结构被直接用作工作电极对水体中亚硝酸根离子进行检测。研究结果表明,本章所设计的电化学传感器对亚硝酸根离子表现出快速的响应时间(3 s),极高的灵敏度(803.6 μA·mM-1·Cm-2)和超低的检测限(0.02 μM)。同时,所设计的电化学传感器还具备较强的抗干扰能力,长期的稳定性和良好的重现性。尤为重要的是,此电化学传感器可成功地用于实际水体中亚硝酸酸根离子的检测,并获得令人满意的回收率。上述研究结果表明,所设计的电化学传感器具有一定实际应用的潜力。4、多巴胺(DA)和尿酸(UA)被认为是参与生物体新陈代谢过程中重要的生物有机小分子。因此,设计一种灵敏、可靠的电化学传感器用于DA和UA的检测具有重要意义。本章中,通过水热和碳化成功地将四氧化三钴纳米线原位地生长在碳布表面,然后通过电沉积法在四氧化三钴纳米线表面生长一层镍铁层状氢氧化物,获得镍铁层状氢氧化物包覆四氧化三钴纳米线阵列/碳布复合材料(Co3O4@NiFe-LDHNWAs/CC)。基于碳布的良好导电性、较大的表面积和较好的机械性能以及四氧化三钴与镍铁层状氢氧化物的协同催化作用,此复合结构被直接用作工作电极用于水体中DA和UA的检测。研究结果表明,本文所设计的电化学传感器对DA和UA的检测展现出较低的检测限,分别为0.45μM和0.38μM。同时,所设计的电化学传感器还具备长期的稳定性和良好的重现性。