本发明专利技术属于材料制备技术及电化学传感器的制备技术领域，具体公开了一种热解衍生三维互连多孔碳材料的制备方法，及将本方法制备的3DIPC材料应用于电化学传感的制备技术领域。本发明专利技术以有机金属盐作为前驱体，通过简单一步热解制备出3DIPC，避免了活化剂的使用，减少了对仪器和设备的损坏；通过将3DIPC分散在有机溶剂中，制备成电极材料3DIPC分散液，进一步，使用滴涂法将3DIPC分散液对电极表面进行修饰，制备成能同时检测酚类物质对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器。实验结果表明，该电化学传感器对对苯二酚和邻苯二酚有较好的检测效果，线性范围为：0.4μmol/L‑20μmol/L(HQ)、0.4μmol/L‑20μmol/L(CA)，检出限为：0.028μmol/L(HQ)和0.035μmol/L(CA)。
A preparation method of three-dimensional interconnected porous carbon material derived from pyrolysis and its application in electrochemical sensors
【技术实现步骤摘要】
一种热解衍生三维互连多孔碳材料的制备方法及其在电化学传感器上的应用
本专利技术涉及电化学传感器的制备
，具体涉及一种用于制备同时测定对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器，该电化学传感器修饰材料为热解有机盐类衍生的3D互连多孔碳材料。
技术介绍
对苯二酚(Hydroquinone，HQ)和邻苯二酚(Catechol，CA)是常见的高毒性环境污染物，被广泛应用于杀虫剂、染料、药物生产的严重的环境污染物，常存在于工业废水及土壤中，且其能长时间存在于环境中，具有高毒性及致癌可能性，HQ和CA被美国环境保护局认为是苯酚及其衍生物污染物中具有较高毒性环境污染物之一。对HQ和CA的检测常见的方法有气相色谱法、液相色谱法、荧光分光光度法、紫外光谱法等，然而，这些方法常存在一些问题如繁杂的前处理过程、冗长的分析时间、分析仪器昂贵等。而电化学分析方法具有操作简单方便、快速灵敏、易于小型化、成本较低等优点，常用作对于环境污染物的检测。电化学分析方法的优越性主要体现在电极材料上，常见的电极材料有石墨烯、碳纳米管、纳米金、纳米银及多孔碳材料。多孔碳材料由于其制作方法简单，价格低廉受到广泛关注，其具有以下特点：(a)它们具有良好的导电性，(b)高化学稳定性，(c)低成本和来源较广，(d)具有多孔导致的较大的比表面积，其尺寸可以调整并适合特定应用。这些特殊性质往往使得其在电化学中应用更为广泛。然而，传统多孔碳材料的制备过程中，除了在保护气体下热解之外，往往需要应用腐蚀性较大的活化剂对其活化，这将不可避免的对设备造成腐蚀，不利于大规模的多孔碳材料的制备。因此，通过简便、绿色、快速的制备3D多孔碳材料成为亟待解决的问题。3D互连多孔碳(3DIPC)现如今仍主要应用于超级电容器及锂离子电池等领域，由于独特的电容特性及多孔性能，使得其可能在电分析化学中得以应用。然而，现如今关于有机盐制备的3D互连多孔碳(3DIPC)应用于电化学传感器的研究报道相对较少，因此，以有机盐制备的3D互连多孔碳(3DIPC)作为电极材料制备成电化学传感器应用污染物如酚类的检测的理论研究及实际应用有着重要的意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于：以有机金属盐作为前驱体，通过简单一步热解制备出3D互连多孔碳(3DIPC)材料，进一步提供一种用于制备简便、低成本、高灵敏度、可同时测定对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器的分散液，进而提供一种能同时测定对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器的制备方法。有机金属盐由于具有较高的含碳量，是一种较为常见的碳衍生材料前驱体，同时，由于其具有独特的金属离子，在高温热解过程中，会导致部分金属离子的汽化，会使得其在碳材料形成由于气体(气化金属、CO2、CO)生成而产生部分微孔及介孔，而形成的多孔结构也会导致其具有更大的比表面积且形成3D网络结构。同时，部分有机盐含有的特殊的元素如N、P、S等还会使得其形成多元素掺杂，更有利于其电化学活性。因此，使用有机盐通过热解法制备3D互连多孔碳是一种简单、绿色、快捷的方法，同时，其制备过程不会对仪器及设备造成腐蚀影响，可实现大规模工业化的生成。一种热解衍生3DIPC材料的制备方法，包括以下步骤：称取有机金属盐材料于坩埚中，在保护气流保护下升温至一定温度后保温热解，保温4-6h，取出、研磨，于HCl溶液中搅拌6-24h，分离出固体，依次用二次蒸馏水、无水乙醇各洗涤至少两次，于40-80℃下干燥6-24h，得到3DIPC材料。进一步，所述有机金属盐是1或2价金属的有机盐，例如钠、钾、锌的有机盐。进一步，所述有机金属盐选自葡萄糖酸钠、海藻酸钠、葡萄糖酸锌、山梨酸钾、异抗坏血酸钠、谷氨酸钠、山梨酸钠、海藻酸钾、葡萄糖酸钾中的至少一种。进一步，所述一定温度为700-950℃，优选的，为800-900℃。进一步，所述热解具体条件为在保护气流下以10℃/min升温速率升温。进一步，所述保护气为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或两种以上的组合。进一步，所述HCl溶液浓度为0.1–1mol/L，优选0.5mol/L，以用来除去多孔碳中残留的金属离子。一种上述方法制备的3DIPC材料用于制备3DIPC分散液的制备方法，其步骤如下：向3DIPC材料中加入溶剂，超声2-4h，得到3DIPC分散液。进一步，所述3DIPC分散液用于制备同时测定对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器。进一步，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或几种，溶剂用量为：每1mg3DIPC材料使用0.5-2mL溶剂。优选的，溶剂用量为：每1mg3DIPC材料使用1mL溶剂。一种上述方法制备的3DIPC分散液用于制备同时测定对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)将分散液滴涂于已抛光好且清洗、干燥过的电极芯表面，放置于真空干燥箱中烘干；(2)将步骤(1)得到的电极依次用0.1mol·L-1pH＝7.0磷酸二氢钾-磷酸氢二钠缓冲溶液及二次蒸馏水洗净，得到电化学传感器。进一步，步骤(1)所述干燥温度为40-80℃(优选45℃)。进一步，所述电极选自玻碳电极、金电极或铜电极；优选玻碳电极。上述电化学传感器在应用于对苯二酚和邻苯二酚检测时效果较好，能达到对邻苯二酚和对苯二酚的同时检测，有广阔的应用前景。本专利技术所述的电化学传感器：通过将有机金属盐前驱体置于管式炉中通过一步热解法，制备得到三维互连多孔碳材料(3DIPC)，利用3DIPC材料修饰的电极测定对苯二酚和邻苯二酚的含量。3DIPC材料具有较好的导电效果，且其在热解过程中产生的气体有三种，分别为：1)金属离子气化产生的气体；2)有机部分热解制备的碳酸盐(钠盐、钾盐、锌盐)等热解产生的CO2；3)CO2和生成的C进一步在密闭无氧条件下生成的CO，会使其比表面积增加，增大了检测物的活性位点、增强电子传导速率，增强检测效果；同时其独特的三维互连结构缩短了离子扩散距离，增强了电化学灵敏度，有利于待测物质在其表面的吸附及电化学响应。相对于现有技术，本专利技术具有的优点和有益效果为：本专利技术通过热解原料来源较广的有机金属盐类，基于其碳元素含量较高的特点，以其为碳源前驱体，通过其本身自带的金属离子在热解过程中产生气体、有机部分热解产生CO2和CO，从而制备出孔道，进一步通过酸洗得到三维互连的多孔碳材料。通过将三维互连的多孔碳材料分散在有机溶剂中，制备成电极材料3DIPC分散液，进一步，使用滴涂法将3DIPC分散液对电极表面进行修饰，制备成能同时检测酚类物质对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器。实验结果表明，该电化学传感器能达到对对苯二酚和邻苯二酚同时检测，且灵敏度高、检出限低、线性范围广。其对对苯二酚和邻苯二酚有较好的检测效果，线性范围为：0.4μmol/L-20μmol/L(HQ)、0.4μmol/L-20μmol/L(CA)，检出限为：0.028μmol/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热解衍生3DIPC材料的制备方法，所述3DIPC指三维互连多孔碳，其特征在于，所述方法包括以下步骤：称取有机金属盐材料于坩埚中，在保护气流保护下升温至一定温度后保温热解，保温时间为4-6 h，取出、研磨，于HCl溶液中搅拌6-24 h，分离出固体，依次用二次蒸馏水、无水乙醇洗涤，最后于40-80 ℃下干燥6-24 h，得到3DIPC材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种热解衍生3DIPC材料的制备方法，所述3DIPC指三维互连多孔碳，其特征在于，所述方法包括以下步骤：称取有机金属盐材料于坩埚中，在保护气流保护下升温至一定温度后保温热解，保温时间为4-6h，取出、研磨，于HCl溶液中搅拌6-24h，分离出固体，依次用二次蒸馏水、无水乙醇洗涤，最后于40-80℃下干燥6-24h，得到3DIPC材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机金属盐是1或2价金属的有机盐。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机金属盐是钠、钾、锌的有机盐。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机金属盐选自葡萄糖酸钠、海藻酸钠、葡萄糖酸锌、山梨酸钾、异抗坏血酸钠、谷氨酸钠、山梨酸钠、海藻酸钾、葡萄糖酸钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一定温度为700-950℃，所述热解具体条件为在保护气流下以10℃/min升温速率升温，所述保护气为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述一定温度为800-900℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述HCl溶液浓度为0.1–1mol/L。
8.权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑寅，陈泇冰，鲁猷栾，穆新伟，黄乐舒，宋新建，
申请(专利权)人：湖北民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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