一种光增强电化学传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光增强电化学传感器及其制备方法和应用，所述光增强电化学传感器由氮化碳纳米片负载金纳米粒子混合石墨烯组成。该光增强电化学传感器的制备方法简单，可操作性强，且价格低廉。该光增强电化学传感器借助太阳光这种清洁无污染且取之不尽用之不竭的能源成功提高了检测重金属离子的灵敏度，使检测重金属离子的检测限与不光照时相比有明显的降低。且传感器重现性好，能够连续检测多种重金属离子，对土壤中的重金属离子也具有很好的检测效果。

A Light-Enhanced Electrochemical Sensor and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a light-enhanced electrochemical sensor and a preparation method and application thereof. The light-enhanced electrochemical sensor consists of carbon nitride nanosheet loaded gold nanoparticles mixed with graphene. The preparation method of the photo-enhanced electrochemical sensor is simple, operable and cheap. With the help of sunlight, a clean, non-polluting and inexhaustible energy source, the light-enhanced electrochemical sensor has successfully improved the sensitivity of detecting heavy metal ions, and the detection limit of detecting heavy metal ions has been significantly reduced compared with that without illumination. Moreover, the sensor has good reproducibility and can continuously detect a variety of heavy metal ions. It also has a good detection effect for heavy metal ions in soil.

【技术实现步骤摘要】
一种光增强电化学传感器及其制备方法和应用
本专利技术属于传感器
，具体涉及一种光增强电化学传感器及其制备方法和应用
技术介绍
重金属离子是土壤和水体中常见的环境污染物之一，其毒性较大，且在生物体内难以被降解，极易通过食物链进行富集，造成癌症、皮肤病、心血管疾病和神经系统疾病等健康问题。目前为止，对于检测分析重金属离子的手段大都停留在实验阶段，例如等离子-质谱法(ICP-MS)、等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和原子吸收光谱(AAS)等这些分析方法有着复杂的样品前处理、庞大而昂贵的仪器设备、繁琐的操作分析过程，同时对实验操作人员的专业水平也有较高的要求，因此寻找一种简单、准确、快速高效的分析方法尤为重要。电化学方法(即电化学传感器)是一种制备简单、易于操作且成本较低的检测方法。已被证明，在重金属离子检测方面，该方法有高的准确性和低的检测限。此外，对于实际样品检测来说，电化学传感器也给出了令人满意的结果。工作电极作为电化学传感器的核心部件，决定着传感器的传感性能如检测限、稳定性、灵敏度和线性范围等。因此，获得具有高电化学活性、好分散性和长期稳定性的工作电极材料是获得稳定、高效的检测重金属离子电化学传感器的重中之重。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术首要目的在于提供了一种光增强电化学传感器。本专利技术的另一目的在于提供上述光增强电化学传感器的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述光增强电化学传感器的应用。本专利技术通过以下技术方案实现：一种光增强电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)将氮化碳纳米片以1～2mg/mL的料液比加入到水-甲醇的混合溶液中，超声分散使混合均匀，再加入氯金酸水溶液，超声分散使混合均匀，然后在搅拌条件下放置于氙灯照射，最后将制得的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金-氮化碳复合物；(2)将金-氮化碳复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水-乙醇的混合溶液中，再加入占反应体系5wt％～10wt％的氧化石墨烯，超声分散使混合均匀，然后用碱溶液调节体系的pH至10～11，再在搅拌回流条件下进行反应，反应结束后将得到的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金-氮化碳/石墨烯复合物；(3)将金-氮化碳/石墨烯复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水-乙醇的混合溶液中，超声分散后得到悬浊液，将该悬浊液涂覆在导电基底表面，自然晾干，得到金-氮化碳/石墨烯电化学传感器，即所述的光增强电化学传感器。优选的，步骤(1)所述水-甲醇的混合溶液中水和甲醇的体积比为4～8：1～2。优选的，步骤(1)所述氯金酸水溶液的浓度为0.0243～0.0486mol/L。优选的，步骤(1)所述氯金酸水溶液的质量占水-甲醇的混合溶液的1～2wt％。优选的，步骤(1)所述氙灯的波长为300-1100nm，所述氙灯用来模拟太阳光。优选的，步骤(1)所述氮化碳纳米片加入到水-甲醇的混合溶液中，超声分散的时间为1～2h。优选的，步骤(1)所述再加入氯金酸水溶液，超声分散的时间为0.5～1h。优选的，步骤(1)所述照射的时间为3～6小时。优选的，步骤(2)所述反应体系由金-氮化碳复合物和氧化石墨烯组成。优选的，步骤(2)所述超声分散的时间为1～2h。优选的，步骤(2)所述水-乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为1～2：1～2。优选的，步骤(2)所述碱溶液为NaOH溶液。优选的，所述NaOH溶液的浓度为0.1mol/L。优选的，步骤(2)所述反应的时间为3～5小时。优选的，步骤(2)所述反应的温度为90～100℃。优选的，步骤(3)所述水-乙醇的混合溶液中水和乙醇的体积比为1～2：1～2。优选的，步骤(3)所述悬浊液涂以40～80μL/cm2的用量涂覆在导电基底表面。优选的，步骤(3)所述超声分散的时间为1～2小时。优选的，步骤(3)所述导电基底为玻碳电极、导电玻璃和碳布电极中的一种。优选的，步骤(1)所述氮化碳纳米片由以下步骤制备得到：将4～6g三聚氰胺在500～600℃下煅烧后得到块状的氮化碳样品，然后将该样品以1～2mg/mL的料液比分散于乙醇和水的混合溶液(乙醇和水的体积比为1～2:1～2)中，得到氮化碳粉末的分散液，将该分散液置于细胞粉碎仪中持续粉碎10～40分钟，此后静置20～30分钟，离心后得到固体，用乙醇洗涤多次后烘干，即制得所述的氮化碳纳米片。上述的一种光增强电化学传感器的制备方法制备得到的光增强电化学传感器。上述光增强电化学传感器在检测土壤中重金属离子中的应用。优选的，所述重金属离子为Cd2+，Pb2+，Cu2+和Hg2+中的一种。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术是将金纳米粒子负载到氮化碳纳米片形成的复合物，然后将金-氮化碳混合物与石墨烯混合，得到一种电化学传感器；(2)本专利技术是以氮化碳纳米片这种具有优异光学性能的半导体为主要载体，借助半导体材料在光照下产生的电子空穴对的强氧化还原性以提高传感器检测重金属离子的灵敏度；(3)本专利技术所使用的主要材料为氮化碳纳米片，这种材料价格低廉，大大降低了检测器的成本，且整个传感器的制备过程简单，易于操作。附图说明图1为实施例1中制备的氮化碳纳米片和金-氮化碳复合物的TEM形貌图，其中左图对应氮化碳纳米片，右图对应金-氮化碳复合物。图2为实施例1的三电极体系在光照和不光照条件下，在pH＝4，0.1mol/L醋酸缓冲液中检测10-6mol/LPb2+的方波伏安法曲线。图3为实施例1的光照条件下，在pH＝4，0.1mol/L醋酸缓冲液中检测Pb2+的检测限的方波伏安法曲线。图4为实施例1的不光照条件下，在pH＝4，0.1mol/L醋酸缓冲液中检测Pb2+的检测限的方波伏安法曲线。图5为光照条件下，光增强电化学传感器检测广东省韶关市某铅超标场地的土壤检测结果图和光增强电化学传感器检测不同浓度的Pb2+标液的检测结果拟合图，其中，左图对应光增强电化学传感器检测广东省韶关市某铅超标场地的土壤检测结果图，右图对应光增强电化学传感器检测不同浓度的Pb2+标液的检测结果拟合图。图6为光增强电化学传感器在光照和不光照下，在pH＝4，0.1mol/L醋酸缓冲液检测Cd2+，Pb2+，Cu2+，Hg2+浓度均为10-6mol/L混合离子的方波伏安法曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术实施例所涉及的氮化碳纳米片由以下步骤制备得到：取5g三聚氰胺于坩锅中，马弗炉中550℃煅烧5h后，得到块状氮化碳固体，然后取50mg块状C3N4固体研磨成粉末后分散在50mL水和乙醇的混合溶液(水和乙醇的体积比为1：1)中，得到氮化碳粉末分散液，将该分散液置于细胞粉碎仪中，细胞粉碎仪功率为600W，将上层清液以8000转/分的速度离心10分钟，离心后得到固体，用乙醇将离心得到的固体洗涤三次后烘干，得到浅黄色的氮化碳纳米片粉末。本专利技术实施例所述的室温为20～30℃。本专利技术实施例所述氙灯的波长为300-1100nm。本专利技术所述Pb2+溶液为三水合乙酸铅溶液，Cd2+溶液为二水合乙酸镉溶液，Cu2+溶液为一水合乙酸铜溶液，Hg2+溶液为乙酸汞溶液。实施例1(1)将20mg浅黄色的氮化碳纳米片粉末分散于20m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光增强电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氮化碳纳米片以1～2mg/mL的料液比加入到水‑甲醇的混合溶液中，超声分散使混合均匀，再加入氯金酸水溶液，超声分散使混合均匀，然后在搅拌条件下放置于氙灯下照射，最后将制得的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金‑氮化碳复合物；(2)将金‑氮化碳复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水‑乙醇的混合溶液中，再加入占反应体系5wt％～10wt％的氧化石墨烯，超声分散使混合均匀，然后用碱溶液调节体系的pH至10～11，再在搅拌回流条件下进行反应，反应结束后将得到的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金‑氮化碳/石墨烯复合物；(3)将金‑氮化碳/石墨烯复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水‑乙醇的混合溶液中，超声分散后得到悬浊液，将该悬浊液涂覆在导电基底表面，自然晾干，得到金‑氮化碳/石墨烯电化学传感器，即所述的光增强电化学传感器。

【技术特征摘要】
1.一种光增强电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氮化碳纳米片以1～2mg/mL的料液比加入到水-甲醇的混合溶液中，超声分散使混合均匀，再加入氯金酸水溶液，超声分散使混合均匀，然后在搅拌条件下放置于氙灯下照射，最后将制得的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金-氮化碳复合物；(2)将金-氮化碳复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水-乙醇的混合溶液中，再加入占反应体系5wt％～10wt％的氧化石墨烯，超声分散使混合均匀，然后用碱溶液调节体系的pH至10～11，再在搅拌回流条件下进行反应，反应结束后将得到的产物经离心、洗涤后真空烘干，即制得金-氮化碳/石墨烯复合物；(3)将金-氮化碳/石墨烯复合物以1～2mg/mL的料液比分散于水-乙醇的混合溶液中，超声分散后得到悬浊液，将该悬浊液涂覆在导电基底表面，自然晾干，得到金-氮化碳/石墨烯电化学传感器，即所述的光增强电化学传感器。2.根据权利要求1所述一种光增强电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氯金酸水溶液的浓度为0.0243～0.0486mol/L。3.根据权利要求1或2所述一种光增强电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氯金酸水溶液的质量占水-甲醇的混合溶液的1～2wt％。4.根据权利要求1或2所述一种光增强电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述悬浊液涂以40～80μL/...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明山，胡佳月，曾力希，李志，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44