一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极及在电化学传感器中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极及在电化学传感器中的应用，该金属钯纳米粒子修饰多孔金电极的制作方法包括以下步骤：配制金锡前驱体镀液，在裸电极表面电镀金锡前驱体；再将电极置于硫酸和碱金属氯化物组成的腐蚀液中电镀1‑5min，形成多孔金；使用沉积溶液，在多孔金电极表面电镀金属钯纳米颗粒，制得金属钯纳米粒子修饰多孔金电极。本发明专利技术将具有高催化活性的金属钯纳米颗粒修饰在具有良好导电性和超大比表面积的多孔金上，提高了电极表面的催化活性位点数量，增加了扑热息痛和对氨基苯酚的氧化电流，提高了电极检测的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极及在电化学传感器中的应用
本专利技术属于传感器材料领域，具体涉及一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极及在电化学传感器中的应用。
技术介绍
扑热息痛(Paracetamol)是世界上应用最广泛的药物之一，常被用于缓解关节痛、神经痛、头痛、癌症、背痛和术后疼痛。正常剂量的扑热息痛对人体没有明显的毒副作用，但过度使用、长期积累，与酒精或其他药物同时使用可能会引起皮疹、肝脏疾病、肾毒性和泛烟性脑炎。4-氨基苯酚(4-aminophenol)是扑热息痛的主要水解降解产物，具有明显的毒性作用，有报道称其具有致畸作用和肾毒性。如果人体过量摄入扑热息痛会在内累积毒性代谢物，从而导致身体患病。此外，由于扑热息痛和对氨基苯酚的的过度使用，使得某些地区的水体中扑热息痛和对氨基苯酚的含量升高。导致对氨基苯酚和扑热息痛有较大几率进入食物链并对生物造成健康损害。因此，开发一种简单、快速、准确的监测水样中对氨基苯酚和扑热息痛的方法是十分必要的。许多传统方法，如气相色谱、毛细管电泳和高效液相色谱法都已被应用到扑热息痛和对氨基苯酚的检测上，并展现出了优秀的检测性能。然而这些方法受制于所需的大型设备、具有专业技能的测试人员和繁琐的样品制备过程，难以用于即时、即地检测。相比之下，电化学传感器具有响应速度快、携带方便、操作方便等优点，是用于即时检测的最佳选择。基于集成微芯片的便携式微型电化学装置是实验室设备的重要延伸，可以为现场诊断和即时监测带来巨大的便利。遗憾的是，目前的研究主要集中在电极修饰用电化学传感材料的开发上，而用于对氨基苯酚和扑热息痛同步监测的集成微芯片设计尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极及其在电化学传感器中的应用。本专利技术的另一目的在于提供一种电化学传感器及其在检测水体中扑热息痛和对氨基苯酚含量中的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极，其制作方法包括以下步骤：(1)配制金锡前驱体镀液，含有柠檬酸金钾10～45g/L、锡盐15～60g/L、络合剂30～50g/L、导电盐30～50g/L，在裸电极表面电镀金锡前驱体；金锡前驱体对多孔金的形成结构具有重大影响，为获得结构完整、性能优良的多孔金，需对金锡前驱体镀液的成分进行筛选。使用络合剂可以使沉积电位不同的金离子和锡离子实现共沉积，常用的络合剂为氰化物，但是氰化物具有较大毒性，不利于工艺推广和环境保护。所述步骤(1)中，使用非氰化物作为络合剂，所采用的络合剂由抗坏血酸和对甲苯磺酸组成；柠檬酸金钾的浓度优选30g/L～45g/L。所述的锡盐是二价或四价锡的可溶盐，优选硫酸亚锡、氯化亚锡、甲基磺酸锡或柠檬酸锡二钠中的一种以上；金锡前驱体镀液中，锡盐的浓度优选40～50g/L。步骤(1)中，电沉积金锡合金温度在45℃～60℃之间，电流密度为0.6A/dm2～1.2A/dm2。(2)将步骤(1)电镀后的电极置于硫酸和碱金属氯化物组成的腐蚀液中电镀1-5min，形成多孔金；步骤(2)所述的腐蚀液中，硫酸浓度为1.5M，碱金属氯化物浓度为1.5M。步骤(2)所述的碱金属氯化物为氯化钠、氯化钾或氯化钙中的一种以上；(3)使用沉积溶液，在步骤(2)的多孔金电极表面电镀金属钯纳米颗粒，制得金属钯纳米粒子修饰多孔金电极；沉积溶液中氯钯酸钾的含量影响纳米颗粒的大小，步骤(3)所述沉积溶液中氯钯酸钾的含量为20～70g/L，优选20～40g/L；络合剂聚乙烯吡咯烷酮的含量也影响金属钯纳米颗粒的生长速度，步骤(3)所述沉积溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为15～30g/L，优选15～20g/L；所述沉积溶液中还含有导电盐10～30g/L；步骤(1)和(3)所述的导电盐为硫酸钾和/或硝酸钾；步骤(3)中，所述电镀使用的是恒电位沉积法，沉积电位为-0.6～-0.4V。上述的金属钯纳米粒子修饰多孔金电极可以应用在电化学传感器中。一种电化学传感器，在基底上有共面的微型三电极系统；所述的微型三电极系统包括作电极、对电极和参比电极；工作电极、对电极和参比电极与围坝围成的电解池，可对微量溶液进行检测；所述的工作电极为上述的金属钯纳米粒子修饰多孔金电极；所述电化学传感器的基底采用陶瓷或高分子聚合物，对电极表面修饰了稳定的贵金属，参比电极表面修饰了氯化银；所述的贵金属为铂、铑或钌。上述的电化学传感器可用于检测水体中扑热息痛和对氨基苯酚含量；具体地，使用固态电极电化学方法测定扑热息痛和对氨基苯酚的含量，即差分脉冲伏安法(DPV)。扑热息痛和对氨基苯酚分子在电极表面被电催化氧化，失去电子，对应差分脉冲伏安图中的电流产生变化。钯由于亚电子d轨道的单电子及f轨道的空轨道多，具有很特殊的配位活性，因而对很多反应都有催化作用，而纳米多孔金可以为金属钯纳米颗粒提供更大的负载面积，为催化反应提供更多的催化活性位点，二者的结合使传感器具有更高的响应灵敏度。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术将具有高催化活性的金属钯纳米颗粒修饰在具有良好导电性和超大比表面积的多孔金上，提高了电极表面的催化活性位点数量，增加了扑热息痛和对氨基苯酚的氧化电流，提高了电极检测的灵敏度。2、本专利技术实现了三电极系统的微型化，为在微小、精密的电路上修饰纳米材料提供了有效可行的方法。3、本专利技术采用小型化的电极结构，结合电解池围坝，形成了小型的电解池，可以对少量样品进行测量，无需大型设备和繁琐的制样，实现了即时即地检测，有望用于快检测仪器的开发。附图说明图1是0.8A/dm2电流密度下恒温45℃的金锡合金10000倍扫描电镜图。图2是在0.7V恒电位下去合金120s获得的多孔金10000倍扫描电镜图。图3是-0.6V恒电位下，在纳米多孔金表面沉积金属钯纳米颗粒250000倍扫描电镜图。图4是不同电极测试1Mm4-氨基苯酚和扑热息痛的循环伏安曲线图。图5是传感器检测水体中扑热息痛和对氨基苯酚的差分脉冲伏安图。图6是传感器结构示意图。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。实施例1一种电化学传感器，其结构如图6所示，在基底上有共面的微型三电极系统；所述的微型三电极系统包括工作电极、对电极和参比电极；工作电极、对电极和参比电极与围坝围成的电解池，可对微量溶液进行检测；对电极表面修饰了稳定的贵金属，参比电极表面修饰了氯化银。所述工作电极表面为金属钯纳米粒子修饰的多孔金，其制作方法包括以下步骤：(1)在两电极电解池中，以镀铂钛网为对电极，以预先沉积在基底上的薄金电极为工作电极，加入金锡合金溶液为电镀液，使用可编程直流电源，在恒温45℃，0.8A/dm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极，其特征在于制作方法包括以下步骤：/n(1)配制金锡前驱体镀液，含有柠檬酸金钾10～45g/L、锡盐15～60g/L、络合剂30～50g/L、导电盐30～50g/L，在裸电极表面电镀金锡前驱体；/n(2)将步骤(1)电镀后的电极置于硫酸和碱金属氯化物组成的腐蚀液中电镀1-5min，形成多孔金；/n(3)使用沉积溶液，在步骤(2)的多孔金电极表面电镀金属钯纳米颗粒，制得金属钯纳米粒子修饰多孔金电极；/n步骤(3)所述沉积溶液中，含有氯钯酸钾20～70g/L，聚乙烯吡咯烷酮15～30g/L，导电盐10～30g/L。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属钯纳米粒子修饰多孔金电极，其特征在于制作方法包括以下步骤：
(1)配制金锡前驱体镀液，含有柠檬酸金钾10～45g/L、锡盐15～60g/L、络合剂30～50g/L、导电盐30～50g/L，在裸电极表面电镀金锡前驱体；
(2)将步骤(1)电镀后的电极置于硫酸和碱金属氯化物组成的腐蚀液中电镀1-5min，形成多孔金；
(3)使用沉积溶液，在步骤(2)的多孔金电极表面电镀金属钯纳米颗粒，制得金属钯纳米粒子修饰多孔金电极；
步骤(3)所述沉积溶液中，含有氯钯酸钾20～70g/L，聚乙烯吡咯烷酮15～30g/L，导电盐10～30g/L。


2.根据权利要求1所述的金属钯纳米粒子修饰多孔金电极，其特征在于：
步骤(1)中，所述的络合剂由抗坏血酸和对甲苯磺酸组成，所述的锡盐是二价或四价锡的可溶盐；
步骤(1)中，电沉积金锡合金温度在45～60℃，电流密度为0.6～1.2A/dm2。


3.根据权利要求1所述的金属钯纳米粒子修饰多孔金电极，其特征在于：
步骤(2)所述的腐蚀液中，硫酸浓度为1.5M，碱金属氯化物浓度为1.5M；
步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，赵杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，金禄电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44