电化学传感器及其制备方法技术

技术编号:19021784 阅读:42 留言:0更新日期:2018-09-26 18:40
本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及电化学技术领域,具体涉及电化学传感器及其制备方法。所述电化学传感器包括电极芯、金属骨架和喇叭状纳米互通孔道结构的碳,所述金属骨架具有三维有序的大孔,所述喇叭状纳米互通孔道结构的碳附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上。本发明专利技术通过使所述喇叭状纳米互通孔道结构的碳附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上使得所制备的电化学传感器不仅在灵敏度、检出限上体现出优势,而且克服了喇叭状纳米互通孔道结构的碳直接修饰电极稳定性不好、重现性差的缺陷,并且本发明专利技术所述电化学传感器能够重复使用。

【技术实现步骤摘要】
电化学传感器及其制备方法
本专利技术涉及电化学
,具体涉及电化学传感器及其制备方法。
技术介绍
目前,酚类物质的检测主要采用色谱、色-质联用等技术手段进行,这要求使用大型复杂的仪器设备,从而导致能耗高、分析时间长且很难在现场进行快速检测,因而不利于城乡普遍推广。与之不同的是,电化学传感器具备灵敏、快速、低能耗、成本低、易自动控制、适合现场分析等优点,因而倍受青睐,应用日趋广泛。但是,由于电化学方法稳定性低、重现性差等缺点而遭到质疑,这限制了电化学的实际应用。事实上,通过对电极材料的表面官能团进行修饰或者对电极材料进行结构设计,可以提升电化学方法的稳定性、重现性等性能。电极材料克服电极化学方法的稳定性低、重现性差等难题后,其在应用于对酚类物质室外实时测定的电极探头还有一些需要突破的难题。如电极修饰材料制备过程是否简单、是否能大量生产以及能否重复使用等。酚类物质都含有酚羟基,其在一定电位下得失电子所产生的氧化还原电流可以通过电化学工作站呈现。这为电化学测定酚类物质提供了理论基础和现实手段。从目前的科研情况来看,纳米电化学传感器逐渐应用于电化学领域的定性和定量的分析和测量。这些纳米电化学传感器的制备方法包括如下两种途径:(1)先合成纳米材料,然后将所合成的纳米材料分散在特定的溶剂中,再将适量的分散液体滴涂于电极表面,待挥发溶剂后,纳米材料通过静电引力、范德华力、氢键等作用力固定在电极表面形成纳米薄膜电化学传感器;(2)在电极表面原位聚合高分子聚合物、金属、非金属、金属氧化物及非金属氧化物,使得电极修饰材料通过化学键合方式固定在电极表面形成相应的修饰电极。然而,单独使用以上方法中的任意一种均存在一定的缺陷:通过途径(1)合成的纳米薄膜电化学传感器,不仅纳米材料与电极的作用力较弱,影响了该电化学传感器的稳定性、寿命,而且纳米薄膜的重现性较差,进而导致纳米薄膜电化学传感器的重现性较差;通过途径(2)原位合成的电化学传感器,由于是化学键合,其稳定性相对较好,但是通常具有较小的比表面积,导致其灵敏度较低;然而原位合成的电化学传感器的电极表面的修饰膜可以通过电聚合时间、电聚合圈数等定量控制,来实现修饰材料的膜厚度等结构的微观调控,并且原位合成的电化学传感器重现性较好。因此,如何制备兼备灵敏度高、稳定性高、重现性好、使用寿命更加优异的电化学传感器是目前急需解决的、富有挑战性的课题。近年来,层次多孔材料备受关注。层次多孔材料不仅具有材料本身的一般特点,如对特定物质的电催化性能优异、比表面积大、孔隙率高、电活性位点丰富等性质,而且其层次分布的孔道结构,有利于物质进入孔道和退出孔道。目前没有有关孔道结构对电化学信号影响的研究。虽然有报道将多孔碳用于制备电化学传感器,但由于多孔碳与电极表面的粘附力较弱,使得所制备的电化学传感器稳定性不足、重现性差和不能重复使用。因此,现在急需一种稳定性高、重现性好、能重复使用的电化学传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在实现对酚类物质的高灵敏,低检出限测定的前提下,克服现有技术中存在的电化学传感器稳定性不足、重现性差和不能重复使用的问题,提供一种电化学传感器及其制备方法。为了实现上述目的,本专利技术一方面提供一种电化学传感器,其中,所述电化学传感器包括电极芯、金属骨架和喇叭状纳米互通孔道结构的碳,所述金属骨架具有三维有序的大孔,所述喇叭状纳米互通孔道结构的碳附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上。本专利技术第二方面提供一种制备电化学传感器的方法,其中所述方法包括:(1)将微球在电极芯上组装成胶体晶体模板,并将金属沉积于胶体晶体模板中;(2)使用第一溶剂溶解去除胶体晶体模板得到附着在电极芯上的金属骨架,并将该附着在电极芯上的金属骨架浸泡在前驱体和腐蚀后的纳米模板的混合物中,其中所述金属骨架具有三维有序的大孔;(3)热解填充了所述混合物且附着在电极芯上的金属骨架,并使用所述第二溶剂溶解去除所述纳米模板,得到固定在所述金属骨架的孔中的具有喇叭状纳米互通孔道结构的碳。本专利技术的专利技术人在研究中发现,通过腐蚀模板,可以制备高度互联的纳米模板,进而通过模板法制备喇叭状纳米互通孔道结构的碳(IPC)。只要电化学传感器包括电极芯和具有喇叭状纳米互通孔道结构的碳(IPC),且喇叭状纳米互通孔道结构的碳(IPC)附着在电极芯表面上得到IPC修饰的电极芯(IPC/电极芯),即可提高该电化学传感器测定酚类物质的灵敏度并且降低该电化学传感器测定酚类物质的检出限,但是由于IPC滴涂在电极芯表面,其与电极表面的粘附力较弱,使得所制备的IPC/电极芯电化学传感器稳定性不足、重现性差和不能重复使用。专利技术人进而设计出使用二次模板法制备的电化学传感器,其具有三维有序的大孔金属纳米骨架(3DOMX,X可为Au,Pt,Pd其中一种)支撑的IPC修饰电极芯(IPC/3DOMX/电极芯),本专利技术通过使所述IPC附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上使得所制备的电化学传感器(IPC/3DOMX/电极芯)不仅在灵敏度、检出限上体现出优势,而且克服了IPC/电极芯稳定性不好、重现性差的难题,并且IPC/3DOMX/电极芯通过简单处理后能够重复使用。附图说明图1A是根据本专利技术的实施方式的胶体晶体的原子力显微镜三维成像图,其中标尺分辨表示深度(419.15nm)、底面长(5μm)和宽(5μm);图B为图A中线段PQ所对应的粗糙度曲线。图2是根据本专利技术的实施方式的具有3DOM结构的金属单质扫描电子显微镜图。图3的A和B是经过热解处理后的前驱体和纳米模板的产物的扫描电子显微镜图;C和D是经过第二溶剂处理后的前驱体和纳米模板的产物的扫描电子显微镜图。图4的A和B经过热解处理后的前驱体和纳米模板的产物的透射电子显微镜图;C和D是经过第二溶剂处理后的前驱体和纳米模板的产物的透射电子显微镜图。图5的A是固定对苯二酚时不同浓度的邻苯二酚在IPC/3DOMAu/GCE电化学传感器上进行差分脉冲伏安法(DPV)测试的响应图;B是固定邻苯二酚时不同浓度的对苯二酚在IPC/3DOMAu/GCE电化学传感器上进行差分脉冲伏安法(DPV)测试的响应图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施反方式进行详细的说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和理解文本,并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术一方面涉及一种电化学传感器,其中,所述电化学传感器包括电极芯、金属骨架和IPC,所述金属骨架具有三维有序的大孔,所述IPC附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上。在本专利技术中,所述金属骨架的材质可以采用本领域通常使用的金属,优选地,所述金属骨架的材质选自Au、Pt和Pd中的至少一种。在本专利技术中,所述金属骨架的孔的尺寸可以为本领域通常的大小,优选地,所述金属骨架的孔的直径为350-360nm;更优选地,所述金属骨架的厚度为300-2000n本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电化学传感器,其特征在于,所述电化学传感器包括电极芯、金属骨架和喇叭状纳米互通孔道结构的碳,所述金属骨架具有三维有序的大孔,所述喇叭状纳米互通孔道结构的碳附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上。

【技术特征摘要】
1.一种电化学传感器,其特征在于,所述电化学传感器包括电极芯、金属骨架和喇叭状纳米互通孔道结构的碳,所述金属骨架具有三维有序的大孔,所述喇叭状纳米互通孔道结构的碳附着在所述金属骨架的孔内,并且所述金属骨架附着在所述电极芯上。2.根据权利要求1所述的电化学传感器,其特征在于,所述金属骨架的材质选自金、铂和钯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电化学传感器,其特征在于,所述金属骨架的孔的直径为350-360nm。4.根据权利要求1所述的电化学传感器,其特征在于,所述金属骨架的厚度为300-2000nm。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电化学传感器,其特征在于,所述电极芯选自玻碳电极芯、金电极芯、铜铂电极芯、金片和铂片中的至少一种。6.一种制备电化学传感器的方法,其特征在于,所述方法包括:(1)将微球在电极芯上组装成胶体晶体模板,并将金属沉积于胶体晶体模板中;(2)使用第一溶剂溶解去除胶体晶体模板得到附着在电极芯上的金属骨架,并将该附着在电极芯上的金属骨架浸泡在前驱体和腐蚀后的纳米模板的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员:张升晖王金收石震刘月新向运辉
申请(专利权)人:湖北民族学院
类型:发明
国别省市:湖北,42

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